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Die Erfindung betrifft eine Bremsanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsanordnung. Die Bremsanordnung wirkt auf ein Fahrzeugrad, z. B. eines Straßenfahrzeugs, wie eines Pkw oder eines Lkw.
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Es ist bekannt, Bremsen für Fahrzeugräder und insbesondere zum individuellen Abbremsen eines Fahrzeugrades vorzusehen. In der Regel werden Scheiben- oder Trommelbremsen verwendet. Bei Scheibenbremsen sind die Bremsbeläge auf verschiedenen Seiten einer Bremsscheibe angeordnet und werden axial aufeinander zu bewegt, um die Bremsscheibe dazwischen einzuklemmen. Bei Trommelbremsen werden die Bremsbeläge radial bewegt, um eine rotierende Bremstrommel zu kontaktieren.
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Obwohl diese beiden bewährten Konzepte spezifische Vorteile haben, gibt es noch Raum für Verbesserungen. So sind beispielsweise die Entstehung von Bremsgeräuschen und die Emission von Bremsstaub nach wie vor ein Problem.
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DE 10 2006 014 960 A1 betrifft eine Scheibenbremse mit zumindest zwei Reibringen, die drehfest an einer drehbaren Nabe angeordnet sind, wobei die Reibringe je eine dem anderen Reibring zugewandte, innere Reibfläche und je eine äußere Reibfläche aufweisen und wobei jede Reibfläche von mindestens einem Bremsbelag axial beaufschlagbar ist.
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- • eine Scheibeneinheit mit axial voneinander beanstandeten Teilscheiben, die zumindest zwei in einem Spalt zwischen den Teilscheiben einander zugewandte Wirkflächen aufweisen,
- • einen Bremssattel, der sich zumindest abschnittsweise in den Spalt hinein erstreckt, und der zumindest einen Kolben aufweist, und zur Aufnahme zumindest zweier Bremsbeläge ausgebildet ist, die axial auslenkbar sind, um die einander zugewandten Wirkflächen der Teilscheiben zu kontaktierten, und
- • eine mit dem Bremssattel gekoppelte Einhausung, die den Spalt zwischen den Teilscheiben zumindest abschnittsweise abdeckt.
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WO 2004 022 996 A1 offenbart eine Scheibenbremse mit einem eine Mehrzahl von Reibringen sowie die zugehörigen Bremsbeläge übergreifenden Bremssattel, der in mindestens einem axial neben den Reibringen verlaufenden Bremssattelabschnitt eine erste Betätigungsvorrichtung und eine zwischen zwei Reibringen angeordnete, axial mindestens einseitig wirksame zweite Betätigungsvorrichtung aufweist, die auf mindestens einen zwischen zwei Reibringen angeordneten Bremsbelag einwirkt.
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Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Bremsanordnung bereitzustellen, die zumindest einige der Nachteile bestehender Bremsanordnungen begrenzt.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen und in dieser Beschreibung definiert.
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Dementsprechend wird eine Bremsanordnung für ein Fahrzeugrad offenbart, wobei die Bremsanordnung u. a. umfasst:
- - ein gebremstes Element, das mit dem Fahrzeugrad zu einer gemeinsamen Drehung mit diesem um eine Drehachse koppelbar oder gekoppelt ist, wobei das gebremste Element (z.B. innere) Kontaktflächen aufweist, die in einem axialen Abstand zueinander angeordnet sind; und
- - eine Bremseinheit, die einen Bremskraftgenerator und mindestens zwei Bremsbeläge umfasst, wobei die Bremsbeläge (z. B. axial) zwischen den Kontaktflächen angeordnet sind,
wobei der Bremskraftgenerator dazu eingerichtet ist, die Bremsbeläge axial voneinander weg zu bewegen, wodurch jeder Bremsbelag in Kontakt mit einer der Kontaktflächen des gebremsten Elements gebracht wird.
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Begriffe wie „axial“, „radial“ und „umlaufend“ können sich allgemein auf die Drehachse beziehen. Eine radiale Richtung kann in einem Winkel und insbesondere orthogonal zur Drehachse verlaufen, während eine Umfangsrichtung um oder um die Drehachse herum verlaufen kann.
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Mit der obigen Konfiguration kann eine Anordnung des gebremsten Elements ähnlich wie bei bestehenden Scheibenbremsen erreicht werden. Das heißt, das gebremste Element kann sich in einem Winkel und insbesondere orthogonal zur Drehachse erstrecken, und die Bremsbeläge sind vorzugsweise ebenfalls axial beweglich. Dies unterscheidet sich von typischen Trommelbremsenkonstruktionen, bei denen die Bremsbeläge radial bewegt werden.
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Im vorliegenden Fall sind die Bremsbeläge jedoch vorzugsweise axial zwischen den Kontaktflächen angeordnet, z. B. anstelle von Kontaktflächen, die zwischen den Bremsbelägen liegen (wie bei bestehenden Scheibenbremsen). Außerdem werden die Bremsbeläge beim Bremsen axial voneinander wegbewegt oder, anders ausgedrückt, axial gespreizt. Dadurch können sie mit einer jeweils benachbarten oder gegenüberliegenden Kontaktfläche in Kontakt gebracht werden, wodurch Reibungskräfte entstehen, die eine Bremswirkung bewirken. Man kann auch sagen, dass sich die Bremseinheit im gebremsten Element festzieht oder verspannt, indem sie ihre Bremsbeläge nach außen gegen die Kontaktflächen drückt.
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Bei den Kontaktflächen kann es sich um ebene und/oder glatte Flächen handeln. Sie können aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sein oder einen solchen umfassen.
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In einem Beispiel werden die Kontaktflächen durch Bremsscheibenabschnitte und/oder scheibenähnliche Elemente gebildet. So kann beispielsweise jeder Bremsscheibenabschnitt eine der Kontaktflächen bilden. Dementsprechend kann das gebremste Element aus zwei Bremsscheibenabschnitten bestehen, die axial voneinander beabstandet sind. In dem (axialen) Raum zwischen diesen Bremsscheibenabschnitten können die Bremsbeläge aufgenommen werden. In diesem Fall können die Kontaktflächen von den einander zugewandten Flächen der Bremsscheibenabschnitte gebildet werden. Das gebremste Element kann einen Verbindungsabschnitt umfassen, der die Bremsscheibenabschnitte miteinander verbindet, beispielsweise einen sich axial erstreckenden Nabenabschnitt.
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Alternativ kann das gebremste Element als ein großes Scheibenelement betrachtet werden, das z. B. eine umlaufende und/oder ringförmige Aussparung oder einen Schlitz aufweist, in dem die Bremsbeläge angeordnet sind. In diesem Fall können die Kontaktflächen innere oder innenliegende Flächen des großen geschlitzten Scheibenelements bilden.
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Die vorgeschlagene Bremsanordnung hat den Vorteil, dass neue Konstruktionsparameter zur Verfügung stehen, die optimiert werden können, um die bestehenden Nachteile zu vermeiden. Das gebremste Element kann beispielsweise anders dimensioniert sein als bestehende einzelne Bremsscheiben und kann insbesondere zumindest etwas axial breiter und/oder steifer sein. Dies kann vorteilhaft sein, um Vibrationen und/oder Geräusche beim Bremsen zu reduzieren. Außerdem trägt dies dazu bei, Eigenfrequenzen in Frequenzbereichen zu vermeiden, die sich als kritisch für die Erzeugung von Bremsgeräuschen erwiesen haben, wie z. B. ein Frequenzbereich von 1000 Hz bis 6000 Hz.
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Darüber hinaus können bei der vorgeschlagenen Konstruktion Komponenten der Bremsanordnung, wie der Bremskraftgenerator und die Bremsbeläge, zumindest teilweise von der Umgebung abgeschirmt werden, da sie innerhalb des gebremsten Elements untergebracht sind (z. B. innerhalb der oben beschriebenen ringförmigen Aussparung). Dies bietet Schutz, z.B. vor Feuchtigkeit, Schmutz oder Witterungseinflüssen, und kann so zu einer längeren Lebensdauer der Bremsanordnung beitragen. Darüber hinaus kann dies dazu beitragen, Emissionen von Bremsstaub in die Umwelt zu verringern und/oder eine lärmmindernde Wirkung zu erzielen.
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Die Bremsbeläge können mit einer Bremsschicht aus einem Reibmaterial versehen sein. Das Reibmaterial kann z. B. aus Reibfasern oder Reibpartikeln (z. B. Metallpartikeln) und einem Bindemittel bestehen. Dementsprechend kann das Reibmaterial aus einer Materialzusammensetzung mit in einem (starren) Bindemittel verteilten Partikeln und/oder Fasern bestehen oder diese Materialzusammensetzung umfassen. Wie allgemein bekannt, können die Bremsbeläge verschleißen, und zwar stärker als die Kontaktflächen.
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Im Allgemeinen kann sich das Material der Kontaktflächen von dem Material der Bremsbeläge unterscheiden. Vorzugsweise bestehen die Kontaktflächen aus einem Material, das härter ist als ein Material der Bremsbeläge. Dadurch wird der Verschleiß der Kontaktflächen im Vergleich zu beiden Bremsbelägen reduziert. Zusätzlich oder alternativ kann der Reibungskoeffizient der Kontaktflächen kleiner sein als der der Bremsbeläge.
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Der Bremskraftgenerator kann z. B. hydraulisch oder elektrisch betrieben werden. Der Bremskraftgenerator dazu eingerichtet sein , dass er, z. B. durch Betätigung eines einzigen Aktuators, die Bremsbeläge gleichzeitig in Richtung einer jeweils gegenüberliegenden Kontaktfläche verschiebt. In einem Beispiel umfasst der Bremskraftgenerator eine hydraulische Kammer und beide Bremsbeläge sind verschiebbar, wenn in dieser hydraulischen Kammer Druck erzeugt wird. So kann beispielsweise jeder Bremsbelag mit einem jeweils zugehörigen Kolben gekoppelt sein, wobei der Kolben hydraulisch mit der hydraulischen Kammer gekoppelt und/oder in dieser aufgenommen ist. Die Kolben können z. B. an gegenüberliegenden Seiten der hydraulischen Kammer angeordnet und/oder mit diesen gekoppelt sein. Sie können axial aus der Mitte der hydraulischen Kammer heraus und/oder von der Mitte weg geschoben werden, wenn darin ein Bremsdruck aufgebaut wird.
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Der Bremskraftgenerator kann ein Bremssattel sein, einen Bremssattel darstellen oder einen solchen umfassen. Insbesondere kann der Bremssattel ein Festsattel sein, bei dem sich z. B. nur die an jedem Bremsbelag angebrachten Kolben relativ zu einem Sattelgehäuse bewegen. Im Gegensatz zu bestehenden Konstruktionen von Scheibenbremssätteln kann der Bremssattel im vorliegenden Fall die Bremsbeläge axial voneinander wegbewegen, z. B. dadurch, dass er sich zwischen ihnen befindet und seine Kolben bei einer Bremsbetätigung axial nach außen drückt.
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Jeder Bremsbelag kann einer benachbarten oder gegenüberliegenden Kontaktfläche zugewandt sein. Andererseits können die Bremsbeläge (insbesondere deren Bremsschicht und/oder Reibmaterial) voneinander abgewandt sein. Die Bremsbeläge sind vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten des Bremskraftgenerators und/oder des Bremssattels und/oder des Gehäuses angeordnet. Beim Auseinanderbewegen kann sich ein axialer Abstand zwischen den Bremsbelägen vergrößern. Ein axialer Abstand zwischen jedem Bremsbelag und einer jeweils gegenüberliegenden Kontaktfläche kann auf Null reduziert werden, so dass ein Kontakt hergestellt wird.
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In axialer Richtung betrachtet, können die Bremsbeläge in einem Raum untergebracht werden (z. B. durch den oben erwähnten umlaufenden Schlitz oder die Aussparung), wobei der Raum (axial) durch die Kontaktflächen begrenzt wird. Anders ausgedrückt, kann zumindest ein Teil der Bremsbeläge innerhalb des gebremsten Elements angeordnet oder aufgenommen sein.
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Die Bremsanordnung ist vorzugsweise Teil einer Fahrzeugradbremse zum Abbremsen einzelner Räder des Fahrzeugs. Dementsprechend kann das gebremste Element mit einer Radnabe oder einem Achsbauteil verbunden sein, das mit dem betreffenden Rad verbunden ist. In einem Aspekt ist die Bremsanordnung nicht Teil einer Fahrzeugachsenbremse und/oder wirkt nicht auf eine Fahrzeugachse, mit der mehrere Räder verbunden sind, z. B. ein linkes und ein rechtes Rad. Im Allgemeinen ist die Bremsanordnung optional an und/oder neben dem Rad angeordnet, das sie bremsen soll.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kontaktflächen einander zugewandt. Mit anderen Worten, sie können einander axial gegenüberliegend angeordnet sein.
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Beispielsweise können die Kontaktflächen zumindest einen Teil der gegenüberliegenden Seitenflächen bilden, wobei die Seitenflächen zu einem Raum (oder einer Aussparung oder einem Schlitz) gehören und/oder diesen begrenzen, in dem die Bremsbeläge zumindest teilweise aufgenommen sind.
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Dementsprechend kann das gebremste Element im Allgemeinen einen Raum zur Aufnahme der Bremsbeläge bereitstellen. Dieser Raum kann z. B. eine ringförmige Aussparung oder ein umlaufender Schlitz sein, wie oben beschrieben. Er kann an einer radial äußeren oder oberen Seite geöffnet sein. In axialer Richtung kann er durch die Kontaktflächen begrenzt sein. In Umfangsrichtung kann er durchgängig und/oder unblockiert (d. h. ringförmig) sein. Eine radial innere oder untere Seite (oder Bodenfläche) kann durch einen Verbindungsabschnitt des gebremsten Elements begrenzt sein.
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Der Raum kann eine radiale Tiefe oder eine radiale Ausdehnung haben, die größer ist als die radiale Ausdehnung der Bremsbeläge. Auf diese Weise können die Bremsbeläge vollständig in diesem Raum angeordnet und/oder versenkt sein. Ebenso kann zumindest ein Teil des Bremskraftgenerators (insbesondere ein möglicher Bremssattel) in dem Raum untergebracht werden.
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Die axiale Breite des Raumes kann so bemessen sein, dass zwischen jedem Bremsbelag und einer jeweils gegenüberliegenden Kontaktfläche bei inaktiver Bremse ein Spalt vorhanden sein kann. Dies trägt zur Verringerung des Schleppmoments bei, dass verursacht wird, wenn der Kontakt zwischen Bremsbelägen und Kontaktflächen aufrechterhalten wird, auch wenn die Bremse nicht aktiviert ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Bremsstaubsammler in dem Raum angeordnet, insbesondere an einer Bodenfläche, die sich zwischen den Kontaktflächen erstreckt. Der Bremsstaubsammler kann z. B. als ringförmiger Belag oder ringförmiges Element ausgebildet sein. Er kann einen Klebstoff enthalten, so dass der Bremsstaub daran haften kann. Der Bremsstaubsammler kann bei der Wartung ausgetauscht werden, wenn er eine große Menge Bremsstaub gesammelt hat. Auf diese Weise kann er fachgerecht entsorgt werden, ohne dass der Bremsstaub beim Betrieb des Fahrzeugs wahllos und kontinuierlich in die Umwelt abgegeben wird.
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Bei einem Aspekt sind die Bremsbeläge axial voneinander entfernt. Dazu kann gehören, dass die Bremsbeläge entlang einer Achse beweglich sind, die parallel zur Drehachse verläuft. Im Allgemeinen kann die Bewegung der Bremsbeläge linear erfolgen, z. B. indem sie in einer geraden Bewegung zu den Kontaktflächen geschoben werden.
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Das axiale Auseinanderbewegen der Bremsbeläge ist jedoch nicht als einschränkend zu verstehen, was die Art der Bewegung betrifft. Zum Beispiel kann eine Dreh- oder Kippbewegung oder eine Bewegung jedes Bremsbelags entlang einer eigenen Bewegungsachse vorgesehen sein. Dies kann ebenfalls dazu führen, dass sich der axiale Abstand zwischen den Bremsbelägen beim Bremsen vergrößert.
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In einem Beispiel sind die Bremsbeläge gegeneinander geneigt und/oder jeweils entlang einer Bewegungsachse beweglich, wobei die Bewegungsachsen der Bremsbeläge relativ zueinander geneigt sind. Die Bewegungsachsen können zum Beispiel zusammen eine V-Form bilden. Dementsprechend können die Bremsbeläge unter Veränderung des Abstands zur Drehachse axial voneinander weg bewegt werden. Der Abstand kann zum Beispiel verringert oder vergrößert werden. So können die Bremsbeläge axial auseinandergeschoben werden, während sie entsprechend radial abgesenkt oder angehoben werden. Die Kontaktflächen können ähnlich ausgerichtet und insbesondere geneigt sein, z. B. so, dass sie parallel zu den Vorderflächen der Bremsbeläge und insbesondere zu deren Bremsschichten verlaufen. Die Kontaktflächen können z. B. nach innen und/oder zu ihrer jeweils gegenüberliegenden Kontaktfläche hin geneigt sein, was ein Bdurchbiegen eingrenzen kann.
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Auf diese Weise können die Bremsbeläge nicht nur in axialer Richtung Bremskräfte ausüben, sondern zumindest teilweise auch in einem Winkel zur Drehachse. Dies kann aus konstruktiver Sicht von Vorteil sein, z. B. im Hinblick auf Spannungsverteilungen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kontaktflächen jeweils von Bremsscheibenabschnitten (z. B. in Form von einzelnen Bremsscheiben) des gebremsten Elements umfasst. Zum Beispiel kann ein erster Bremsscheibenabschnitt eine erste Kontaktfläche und ein zweiter Bremsscheibenabschnitt eine zweite Kontaktfläche umfassen. Die erste und die zweite Kontaktfläche können einander gegenüberliegen.
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An der jeweils anderen, axial nach außen gerichteten Fläche jedes Bremsscheibenabschnitts können keine Bremskräfte erzeugt werden. Das heißt, dass die innen angeordneten Bremsbeläge die einzigen Bremsbeläge sein können, die auf eine jeweilige Kontaktfläche einwirken. Anderen Ausführungsformen zufolge können jedoch zusätzliche Bremsbeläge vorgesehen sein, die ebenfalls auf die axial äußere Oberfläche mindestens eines der Bremsscheibenabschnitte einwirken.
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Die Bremsscheibenabschnitte können entsprechend bekannter Beispiele konfiguriert sein. Sie können jedoch in Bezug auf ihre Befestigung in der Bremsanordnung und z. B. in Bezug auf einen Verbindungsabschnitt des gebremsten Elements, der sich axial zwischen den Bremsscheibenabschnitten erstreckt, von bestehenden Konstruktionen abweichen. Der Verbindungsabschnitt trägt beispielsweise die Bremsscheibenabschnitte und/oder verbindet sie miteinander. Im Allgemeinen kann das gebremste Element ein mehrteiliges Element sein, kann aber auch ein einteiliges Element sein. Das gebremste Element (oder zumindest dessen Bremsscheibenabschnitte und/oder Verbindungsabschnitt) kann rotationssymmetrisch zur Drehachse sein.
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Es ist generell möglich, dass die Bremsscheibenabschnitte parallel zueinander verlaufen. Insbesondere können sich die Bremsscheibenabschnitte jeweils orthogonal zur Drehachse des gebremsten Elements erstrecken.
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In einem Beispiel umfasst mindestens einer der Bremsscheibenabschnitte eine Versteifungsstruktur. Die Versteifungsstruktur, bei der es sich z. B. um einen vorzugsweise massiven Materialabschnitt handeln kann, kann auf einer Seite des Bremsscheibenabschnitts angeordnet sein, die der Seite mit der Kontaktfläche gegenüberliegt. Diese Seite kann von den Bremsbelägen abgewandt sein. Es kann sich um eine axial äußere Seite handeln. Die Versteifungsstruktur kann z. B. eine Rippe, ein Pfeiler oder ein Steg sein. Sie kann die Bremsscheibenabschnitte mit einem anderen Abschnitt des gebremsten Elements verbinden, z. B. mit dem Verbindungsabschnitt. Im Allgemeinen kann die Versteifungsstruktur die Bremsscheibenabschnitte gegen starkes Durchbiegen oder Verformen beim Bremsen abstützen.
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Die Bremsbeläge können relativ zueinander beweglich sein, wobei vorzugsweise beide Bremsbeläge beim Bremsen aktiv bewegt werden. Gemäß einem Beispiel ist jeder der Bremsbeläge relativ zu einem Gehäuse der Bremseinheit verschiebbar. Das Gehäuse der Bremseinheit kann ein Bremssattel sein oder von einem solchen umfasst sein. Es kann eine hydraulische Kammer und/oder einen elektrischen Aktuator enthalten, die so konfiguriert sind, dass sie Kräfte zur Bewegung der Bremsbeläge erzeugen. Das Gehäuse der Bremseinheit kann in demselben Raum (z. B. dem Schlitz oder der Aussparung) des gebremsten Elements aufgenommen seinwie die Bremsbeläge. Das Gehäuse der Bremseinheit kann in seiner Position fixiert sein, auch während des Bremsvorgangs. Dennoch kann das Gehäuse der Bremseinheit, insbesondere wenn es auch weitere Bremsbeläge umfasst, die auf axial äußere Kontaktflächen wirken, wie unten beschrieben, neben den (inneren) Bremsbelägen auch andere bewegliche Teile umfassen oder mit diesen verbunden sein, um beispielsweise eine Schwimmsattelfunktion zu ermöglichen.
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Nach einem bevorzugten Beispiel umfasst der Bremskraftgenerator einen elektrischen Aktuator oder eine hydraulischen Kammer. Mit Hilfe des Aktuators und der hydraulischen Kammer kann jeweils die Kraft für die Bewegung der beiden Bremsbeläge erzeugt werden. Der Aktuator kann insbesondere einen Elektromotor und/oder eine Getriebestufe umfassen. Der Aktuator oder die hydraulische Kammer können die einzige Quelle für die Erzeugung der jeweiligen Kraft zum Bewegen beider Bremsbeläge oder beliebiger Bremsbeläge sein, wenn eine entsprechend größere Anzahl von Bremsbelägen vorgesehen ist.
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Der Aktuator oder die hydraulische Kammer können zumindest teilweise (axial) zwischen den Bremsbelägen und/oder in dem Raum des gebremsten Elements angeordnet sein, der die Bremsbeläge aufnimmt. Dementsprechend ist in einer weiteren Ausführungsform zumindest ein Teil des Aktuators oder der hydraulischen Kammer in diesem Raum aufgenommen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist mindestens ein weiterer Bremsbelag vorgesehen, der mit einer weiteren (z.B. äußeren) Kontaktfläche in Kontakt gebracht werden kann, die von mindestens einer der anderen (z.B. inneren) Kontaktflächen abgewandt ist. Bei dieser weiteren Kontaktfläche kann es sich um eine axial äußere Fläche des gebremsten Elements handeln. Sie kann optional den Raum zur Aufnahme der auseinander geschobenen inneren Bremsbeläge nicht begrenzen. Sie kann auf der Rückseite oder der Außenseite eines Bremsscheibenabschnitts vorgesehen sein, dessen andere Kontaktfläche den genannten inneren Raum begrenzt.
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In einem Beispiel hat das gebremste Element zwei innere Kontaktflächen und zwei äußere Kontaktflächen. Bei den inneren Kontaktflächen kann es sich um die oben genannten Kontaktflächen handeln, die einen Raum zur Aufnahme der Bremsbeläge begrenzen. Die äußeren Kontaktflächen können ähnlich wie die oben erwähnte weitere Kontaktfläche gestaltet sein. Sie können nach au-ßen gerichtet sein. Für jede Kontaktfläche können Bremsbeläge vorgesehen sein, so dass insgesamt mindestens vier Bremsbeläge vorhanden sein können. Die Bremsbeläge, die die Außenflächen berühren, können axial beweglich sein und sich insbesondere axial nach innen bewegen. Sie können äußere Bremsbeläge darstellen, während die Bremsbeläge, die für den Kontakt mit den inneren Kontaktflächen auseinander bewegt werden, als innere Bremsbeläge bezeichnet werden können.
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Vorzugsweise wird jeder der mindestens vier Bremsbeläge durch denselben Bremskraftgenerator bewegt. Sie können z. B. an einen gemeinsamen Aktuator oder eine gemeinsame hydraulische Kammer angeschlossen sein. In einem Beispiel ist ein Bremssattel umfassend eine hydraulische Kammer vorgesehen, die mit Kolben verbunden ist, die mit jedem der Bremsbeläge verbunden sind.
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Der Bremssattel oder ein allgemeines Gehäuse der Bremseinheit kann sich in den Raum erstrecken, der die inneren Bremsbeläge aufnimmt. Er kann sich auch so erstrecken, dass er mindestens einen Abschnitt aufweist, der einer der äußeren Kontaktflächen gegenüberliegt und/oder ihr zugewandt ist. Vorzugsweise gibt es insgesamt zwei solcher Abschnitte, die den beiden äußeren Kontaktflächen zugewandt sind.
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Bei allen Ausführungsformen mit vier Bremsbelägen können zwei Bremsbelagspaare gebildet werden, wobei jedes Paar einen der Bremsscheibenabschnitte zwischen sich einklemmt. Dazu gehört aber auch, dass sich die Bremsbeläge, die die inneren Kontaktflächen berühren, axial voneinander entfernen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsbelaganordnung, wobei die Bremsbelaganordnung u. a. umfasst:
- - ein gebremstes Element, das mit dem Fahrzeugrad zu einer gemeinsamen Drehung mit diesem um eine Drehachse koppelbar oder gekoppelt ist, wobei das gebremste Element Kontaktflächen aufweist, die in einem axialen Abstand zueinander angeordnet sind; und
- - eine Bremseinheit, die mindestens zwei Bremsbeläge umfasst, wobei die Bremsbeläge zwischen den Kontaktflächen angeordnet sind,
wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bewegen der Bremsbeläge in axialer Richtung voneinander weg, wodurch jeder Bremsbelag in Kontakt mit einer der Kontaktflächen des gebremsten Elements gebracht wird.
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Das Verfahren kann alle weiteren Schritte oder Maßnahmen umfassen, um alle hierin offenbarten Vorgänge und Wirkungen in Verbindung mit der Bremsanordnung zu erzielen. Alle Angaben im Zusammenhang mit den Merkmalen der Bremsanordnung, z. B. deren mögliche Varianten, gelten auch für die entsprechenden Merkmale des Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Figuren beschrieben. Ähnliche Merkmale können in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein.
- 1 ist eine Querschnittsansicht einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform.
- 2 ist eine Querschnittsansicht einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
- 3 ist eine Querschnittsansicht einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform.
- 4 ist eine Querschnittsansicht einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 ist eine Querschnittsansicht einer Bremsanordnung 10 gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Die Bremsanordnung 10 ist zum Abbremsen eines Fahrzeugrads vorgesehen, dessen Position durch das Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist. Dementsprechend ist das Fahrzeugrad axial neben der Bremsanordnung 10 angeordnet. Das Fahrzeugrad dreht sich um eine Achse R. Die Querschnittsebene von 1 verläuft vertikal und schließt die Drehachse Rein.
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Die Bremsanordnung 10 umfasst ein gebremstes Element 14, das sich gemeinsam mit dem Fahrzeugrad um die Drehachse R dreht. Die Verbindung zwischen dem gebremsten Element 14 und dem Fahrzeugrad kann entsprechend den Konfigurationen bekannter Scheibenbremsen gestaltet sein, z. B. durch Verbindung beider mit einer Radnabe und/oder einem gemeinsamen Achsbauteil.
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Die Bremsanordnung 10 umfasst auch eine Bremseinheit 16. Die Bremseinheit 16 verfügt über zwei Bremsbeläge 18, die verschiebbar sind, um das gebremste Element 14 zu berühren und so dessen Drehung zu verlangsamen oder anzuhalten. Die Bremseinheit 16 verfügt außerdem über einen hydraulischen Bremskraftgenerator 12.
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Das gebremste Element 14 hat zwei Bremsscheibenabschnitte 20. In dem gezeigten Beispiel sind diese durch verschiedene Bremsscheibenelemente bereitgestellt und hiervon umfasst. Die Bremsscheibenabschnitte sind an einem axial verlaufenden Verbindungsabschnitt 22 befestigt. Der Verbindungsabschnitt 22 ist lediglich beispielhaft hohl und weist vorzugsweise eine rohrartige hohle Konfiguration auf, um z.B. ein Achsbauteil darin aufzunehmen.
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Die Bremsscheibenabschnitte 20 erstrecken sich jeweils orthogonal und konzentrisch zur Drehachse R. Sie haben eine runde Form und können im Allgemeinen ähnlich wie bekannte Bremsscheiben gestaltet sein, z. B. in Bezug auf Material und Struktur.
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Jeder Bremsscheibenabschnitt 20 hat eine axial äußere Kontaktfläche 24 und eine axial innere Kontaktfläche 26. Die Kontaktflächen 24, 26 sind jeweils glatte, vorzugsweise metallische Oberflächen. Die inneren Kontaktflächen 26 der Bremsscheibenabschnitte 20 sind nach innen gerichtet und liegen einander gegenüber. Die anderen Kontaktflächen 24 weisen nach außen und weg von der jeweiligen inneren Kontaktfläche 26 jedes Bremsscheibenabschnitts 20.
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Im Beispiel von 1 werden die äußeren Kontaktflächen 24 nicht zur Erzeugung von Bremskräften genutzt, d. h. sie werden von keinem Bremsbelag 18 berührt. Eine Ausführungsform, bei der die äußeren Kontaktflächen 24 auch zur Erzeugung großer Kräfte verwendet werden, wird im Folgenden mit Bezug auf 3 beschrieben.
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Die inneren Kontaktflächen 26 begrenzen einen Raum 28 zwischen sich. Der Raum 28 bildet einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Schlitz oder Ring innerhalb des gebremsten Elements 14. Seine axialen Seitenflächen werden von den inneren Kontaktflächen 26 gebildet. Eine Bodenfläche 30 des Raums 28 wird durch den Verbindungsabschnitt 22 gebildet. Im gezeigten Beispiel ist an der Bodenfläche 30 ein Bremsstaubsammler 32 angeordnet und/oder bildet zumindest einen Teil davon. Der Bremsstaubsammler 32 ist ein ringförmiges Element oder eine Schicht, die an einer äußeren Umfangsfläche des Verbindungsteils 22 angeordnet ist. Er umfasst einen Klebstoff, an dem der Bremsstaub haften bleibt und nicht in die Umwelt abgegeben wird.
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Die Bremseinheit 16 ragt zumindest teilweise in den Raum 28 hinein. Insbesondere sind ihre Bremsbeläge 18 vorzugsweise vollständig in dem Raum 28 aufgenommen. Die Bremsbeläge 18 verlaufen im Wesentlichen parallel zu den inneren Kontaktflächen 26 und/oder den Bremsscheibenabschnitten 20. Die Bremsbeläge 18 weisen jeweils eine Bremsschicht 19 auf, die von einem Reibmaterial an ihrer der jeweils benachbarten inneren Kontaktfläche 26 zugewandten Seite gebildet wird. Genauer gesagt liegt die Bremsschicht 19 des linken Bremsbelags 18 in 1 direkt neben und gegenüber der linken inneren Kontaktfläche 26, während der Bremsschicht 19 des rechten Bremsbelags in 1 direkt neben und gegenüber der rechten inneren Kontaktfläche 26 liegt.
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Die Bremsbeläge 18 sind an gegenüberliegenden Seiten eines Gehäuses 34 der Bremseinheit 16 angeordnet. Das Gehäuse 34 kann einen Bremssattel bilden oder von diesem gebildet werden. Im Einzelnen sind die Bremsbeläge 18 so angeordnet, dass ihre Bremsschichten 19 voneinander weg und zu einer jeweils benachbarten inneren Kontaktfläche 26 weisen. Außerdem sind die Bremsbeläge 18 entlang der Drehachse R gesehen axial voneinander beabstandet.
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1 zeigt einen nicht aktivierten Zustand der Bremsanordnung 10. Daher verbleibt zwischen den Bremsschichten 19 und den Kontaktflächen 26 ein kleiner Spalt, um ein Schleppmoment zu verhindern. Bei Aktivierung bewegen sich die Bremsbeläge 18 axial voneinander weg, wie in 1 durch Pfeile angedeutet. Dadurch wird ein axialer Abstand zwischen den Bremsbelägen 18 vergrößert und jede Bremsschicht 19 mit der jeweils gegenüberliegenden inneren Kontaktfläche 26 in Kontakt gebracht. Dadurch entstehen Reibungskräfte zwischen den Bremsschichten 19 und den inneren Kontaktflächen 26, die eine Drehung des gebremsten Elements 14 abbremsen.
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In dem gezeigten Beispiel umfasst die Bremseinheit 16 und insbesondere ihr Gehäuse 34 eine hydraulische Kammer 36. Die hydraulische Kammer 36 ist Teil des Bremskraftgenerators 12 oder ähnelt diesem.
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Gemäß einer allgemein bekannten Konfiguration kann in der hydraulischen Kammer 36 ein hydraulischer Druck aufgebaut werden, um die Bremsbeläge 18 zu bewegen und so die Bremse zu aktivieren. Genauer gesagt ist jeder Bremsbelag 18 mit einem Kolben 38 verbunden, der gleitend im Gehäuse 34 aufgenommen ist und in die hydraulische Kammer 34 hineinreicht. Durch die Erhöhung des Drucks in der hydraulischen Kammer 34 werden die Kolben 38 axial voneinander weg bewegt und nach außen gedrückt. Beim Ablassen des Drucks in der hydraulischen Kammer können sich die Kolben 38 und damit die Bremsbeläge 18 zurückziehen, so dass sich die Bremsschichten 19 von den jeweils gegenüberliegenden inneren Kontaktflächen 26 abheben und sich von diesen entfernen. Diese Rückzugsbewegung kann durch bekannte elastische Dichtungen unterstützt werden, die auf die Kolben 38 wirken.
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Es ist zu beachten, dass die Kolben 38 sowie zumindest ein Teil der hydraulischen Kammer 36 sowie ein Teil des Gehäuses 34 innerhalb des Raumes 28 aufgenommen sind.
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Ferner kann jedes dieser Elemente sowie die Bremsbeläge 18 (und generell die Bremseinheit 16 als Ganzes) eine definierte Ausdehnung in Umfangsrichtung und/oder orthogonal zur Bildebene aufweisen, so dass ein ausreichend großer flächiger Kontakt zwischen den Bremsbelägen und den inneren Kontaktflächen 26 entsteht. Vorzugsweise ist diese Umfangserstreckung auf weniger als 180° oder weniger als 135° begrenzt, um die Kompaktheit zu erhöhen und Gewicht zu sparen.
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2 zeigt eine Bremsanordnung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der einzige Unterschied zur ersten Ausführungsform sind Versteifungsstrukturen 40, die an den äußeren Kontaktflächen 24 jedes Bremsscheibenabschnitts 20 vorgesehen sind. Die Versteifungsstrukturen 40 sind als radial verlaufende Rippen ausgebildet. Sie können in Umfangsrichtung, z. B. sternförmig, verteilt sein, um die Bremsscheibenabschnitte 20 gegen ein Verbiegen abzustützen.
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Im Vergleich zu 2 ist der Verbindungsabschnitt 22 in axialer Richtung verlängert, um die Versteifungsstrukturen 40 an seiner äußeren Umfangsfläche zu tragen. In einem Beispiel bilden die Versteifungsstrukturen 40 und der Verbindungsabschnitt 22 ein einteiliges Element. Zusätzlich oder alternativ können die Versteifungsstrukturen 40 ein integraler Bestandteil der Bremsscheibenabschnitte 20 sein.
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3 zeigt eine Bremsanordnung 10 gemäß einer dritten Ausführungsform. In diesem Fall werden die äußeren Kontaktflächen 24 der Bremsscheibenabschnitte 20 ebenfalls von je einem Bremsbelag 18 kontaktiert, um zusätzliche Bremskräfte zu erzeugen.
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Dementsprechend umfasst die Bremseinheit 16 auch zwei äußere Bremsbeläge 18, die jeweils benachbart zu einer der äußeren Kontaktflächen 24 sind.
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Im gezeigten Beispiel sind diese Bremsbeläge 18 ähnlich wie die inneren Bremsbeläge 18 gestaltet, die im umlaufenden Raum 28 des gebremsten Elements 14 angeordnet sind.
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Das Gehäuse 34 der Bremseinheit 16 hat axial äußere Abschnitte 35, die den äußeren Kontaktflächen 24 zugewandt sind. Die axial äußeren Abschnitte 35 sind im Vergleich zu den äußeren Kontaktflächen 24 axial weiter außen angeordnet. Jeder axial äußere Abschnitt 35 nimmt einen Kolben 38 auf, so dass ein an dem jeweiligen axial äußeren Abschnitt 35 angeordneter Bremsbelag 18 in ähnlicher Weise verschoben werden kann, wie oben in Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben. Um dies zu erreichen, erstreckt sich die hydraulische Kammer 36 auch in die axial äußeren Teile 35. Die inneren Bremsbeläge 18 sind im Allgemeinen ähnlich aufgebaut und verschiebbar wie bei der ersten Ausführungsform.
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Zur Erzeugung von Bremskräften wird in der hydraulischen Kammer 36 ein hydraulischer Druck aufgebaut, durch den alle vier Bremsbeläge 18 gleichzeitig in Richtung ihrer jeweils gegenüberliegenden inneren oder äußeren Kontaktfläche 24, 26 verschoben werden. Somit reicht ein einziger Bremskraftgenerator 12, der die hydraulische Kammer 36 umfasst, aus, um die Bremsfunktion zu aktivieren.
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In 4 ist eine Bremsanordnung 10 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In diesem Beispiel verlaufen die Bremsbeläge 18 und die inneren Kontaktflächen 26 nicht orthogonal zur Drehachse R, sondern sind in einem anderen Winkel dazu geneigt (d. h. sie sind in Bezug auf die Drehachse R geneigt). Vorzugsweise verlaufen die Bremsbeläge 18 jedoch weiterhin parallel zu ihrer jeweils gegenüberliegenden Kontaktfläche 26.
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Jeder Bremsbelag 18 bewegt sich entlang einer eigenen Bewegungsachse M. Die Bewegungsachsen M schneiden vorzugsweise eine jeweilige Bremsschicht 19 und/oder die gegenüberliegende Kontaktfläche 26 orthogonal. Die Bewegungsachsen M verlaufen unter einem Winkel zueinander sowie zur Drehachse R. Die Bewegungsachsen M definieren somit eine V-Form, die sich im gezeigten Beispiel nach radial außen öffnet.
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Die Kontaktflächen 26 (und vorzugsweise die gesamten Bremsscheibenabschnitte 20, an denen sie vorgesehen sind) sind gegenüber der Drehachse R gleichmäßig geneigt, d.h. sie verlaufen nicht orthogonal dazu. Vorzugsweise sind die Kontaktflächen 26 (axial) nach innen und/oder gegeneinander geneigt. Dadurch wird die Biegung nach axial außen begrenzt, wenn die Bremsbeläge 18 gegen sie gedrückt werden.
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Ansonsten funktioniert die Bremsanordnung 10 und insbesondere der Bremskraftgenerator 12 gleichartig wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform. Obwohl dies nicht abgebildet ist, könnten im Falle von 4 auch weitere Bremsbeläge 18 vorgesehen werden, die auf die äußeren Kontaktflächen 24 wirken, wie in der dritten Ausführungsform.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Position des Fahrzeugrads
- 10
- Bremsanordnung
- 12
- Bremskraftgenerator
- 14
- gebremstes Element
- 16
- Bremseinheit
- 18
- Bremsbelag
- 19
- Bremsschicht
- 20
- Bremsscheibenabschnitt
- 22
- Verbindungssabschnitt
- 24
- äußere Kontaktfläche
- 26
- innere Kontaktfläche
- 28
- Raum
- 30
- Unterseite
- 32
- Bremsstaubsammler
- 34
- Gehäuse
- 36
- Hydraulikkammer
- 38
- Kolben
- 40
- Versteifungsstruktur
- R
- Rotationsachse