DE102022107615A1

DE102022107615A1 - Scheibenbremse für ein Nutzfahrzeug

Info

Publication number: DE102022107615A1
Application number: DE102022107615.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Stöger; Michael Hidringer; Markus GERHARDINGER
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2023-10-05
Also published as: WO2023186482A1

Abstract

Eine Scheibenbremse für ein Nutzfahrzeug, mit einem eine Bremsscheibe (2) übergreifenden Bremssattel (1), der, bezogen auf die Bremsscheibe (2), auf mit einem fahrzeugseitigen Bremsträger (14) verbundenen Führungsholmen (15) axial verschiebbar gehalten ist, wobei mittels einer einen schwenkbaren Bremshebel (13) und mindestens einen Bremsstempel (4) aufweisenden Zuspanneinrichtung (8) bei einer Bremsung ein aktionsseitiger, im Bremsträger (14) gelagerter, eine Belagträgerplatte (11) und einen darauf befestigten Reibbelag (12) aufweisender Bremsbelag (3) gegen die Bremsscheibe (2) pressbar ist, wobei der Bremsstempel (4) eine Stellspindel (7) und ein, die Belagträgerplatte (11) kontaktierendes Druckstück (16) aufweist, ist so ausgebildet, dass die Belagträgerplatte (11) im Kontaktbereich (17) mit dem Bremsstempel (4) zumindest teilweise konvex ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse für ein Nutzfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Scheibenbremsen kommen insbesondere bei schweren Nutzfahrzeugen zum Einsatz, wobei der auch als Schiebesattel bezeichnete Bremssattel mittels Führungsholmen an einem fahrzeugseitigen Bremsträger befestigt ist.
Üblicherweise sind diese Führungsholme durch Verschrauben befestigt und in Gleitbuchsen des Bremssattels so geführt, dass dieser, bezogen auf eine an einer Achse des Fahrzeugs verdrehsicher gehaltenen Bremsscheibe bei einer Bremsung axial verschoben wird.
Durch eine mechanische Übersetzung im Innern des Bremssattels wird die von einem Bremszylinder erzeugte Kraft übersetzt und über einen oder mehrere Bremsstempel werden die Bremsbeläge in Richtung Bremsscheibe gedrückt.
Im Fahrbetrieb, vornehmlich bei Vorwärtsfahrten, ergeben sich jedoch aus der Vielzahl auftretender Belastungen Momente, die zu einem erhöhten Belagverschleiß in Form eines Schrägverschleißes des aktionsseitigen, d.h. zuspannseitigen Bremsbelages im Bereich der Einlaufseite der Bremsscheibe führen.
Solche Momente ergeben sich aus Selbstverstärkungseffekten, Reibung in der Belagführung, elastischen Verformungen des Bremsenrahmens sowie einer nicht optimalen Krafteinleitung, was zu einer ungleichen Druckverteilung am Reibbelag führt.
Auch das Gewicht des am Bremssattel gehaltenen Bremszylinders trägt zur Ungleichbelastung des aktionsseitigen Bremsbelages bei, die insbesondere bei einer Zuspanneinrichtung auftritt, die einen zentralen Bremsstempel aufweist, der achsparallel zur Rotationsachse der Bremsscheibe ausgerichtet ist.
Aus diesem Schrägverschleiß ergeben sich eine ganze Reihe von Nachteilen sowohl hinsichtlich des Betriebs der Scheibenbremse wie auch hinsichtlich der Standzeit der Bremsbeläge.
Die Summe der genannten sich nachteilig auswirkenden Momente führt letztendlich dazu, dass der aktionsseitige Bremsbelag bei einer Bremsung ungleichmäßig belastet wird, so dass die Bremswirkung nicht in dem möglichen Umfang erreicht wird, woraus sich der genannte Schrägverschleiß ergibt.
Dies führt auch dazu, dass zumindest der aktionsseitige Bremsbelag vorzeitig ersetzt werden muss, da der einlaufseitige Bereich des Bremsbelages eine zulässige Verschleißgrenze bereits erreicht hat, wenn der gegenüberliegende, also auslaufseitige Bereich die Verschleißgrenze noch nicht erreicht hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Scheibenbremse der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass insbesondere die Standzeit der Bremsbeläge erhöht und damit die Betriebskosten gesenkt werden sowie die Funktionssicherheit verbessert wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Scheibenbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Wie sich gezeigt hat, wird durch diese Ausgestaltung der Belagträgerplatte erreicht, dass der zuspannseitige Bremsbelag im Fall einer Bremsung über die Reibfläche verteilt mit gleicher Flächenpressung an die Bremsscheibe gepresst wird. Die Summe der wirksamen Momente wird positiv beeinflusst und ein homogener Belagverschleiß erzielt.
Prinzipiell wird durch die Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung des Bremsstempels weiterentwickelt, bei dem der Druckpunkt, d.h. die Anlage des Bremsstempels an der Belagträgerplatte abständig zur Zentralachse des Bremsstempels bei einer Bremsung an der Belagträgerplatte anliegt.
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung, nach der die Belagträgerplatte im Kontaktbereich mit dem Bremsstempel zumindest teilweise konvex ausgebildet ist, rollt sich der Bremsstempel auf dem ausgeformten Kontaktbereich der Belagträgerplatte ab, sobald ein Schrägverschleiß entsteht und sich der zugeordnete Bremsbelag dreht. Dabei verändert sich die Position des Druckpunktes und ein Moment um die Querachse der Belagträgerplatte ergibt sich, dass dem den Schrägverschleiß hervorrufenden Moment entgegenwirkt.
Der überwiegende Fahrbetrieb des Nutzfahrzeuges ist vorwärtsgerichtet, wobei der Schrägverschleiß an der einlaufenden Seite des Bremsbelages entsteht und sich dadurch im Uhrzeigersinn weiterdreht.
Trotz optimaler Auslösung der Scheibenbremse und beispielsweise des Versatzes des Druckpunktes, können Umwelteinflüsse, insbesondere Korrosion, oder der Fahrbetrieb selbst die Bedingungen derart verändern, dass die ursprüngliche prognostizierte Annahme nicht mehr gegeben ist und wieder ein Schrägverschleiß entsteht.
Der Bremsstempel rollt aufgrund der konvexen Form des Kontaktbereiches der Belagträgerplatte darauf ab, wodurch ein größerer Versatz des Druckpunktes zur Zentralachse des Bremsstempels sich ausbildet und ein wirksames Kompensationsmoment ansteigt. Dadurch stellt sich ein verstärkter Verschleiß des Bremsbelages auf der auslaufseitigen Belaghälfte ein und in der Folge ein homogener Gesamtverschleiß des Reibbelages.
Auch bei einer Rückwärtsfahrt des Nutzfahrzeuges, entsteht ein Schrägverschleiß und zwar auslaufseitig. Auch hierbei dreht sich der Bremsbelag, allerdings entgegen dem Uhrzeigersinn, wodurch sich ein geringerer Versatz einstellt und sich das wirksame Kompensationsmoment gleichfalls verringert. Daraus ergibt sich ein verstärkter Verschleiß des Reibbelages auf der einlaufseitigen Reibbelaghälfte und in deren Folge ein homogener Gesamtverschleiß des Bremsbelages.
Wie sensibel das System reagiert, kann durch eine entsprechende Gestaltung der Geometrie des Kontaktbereiches bestimmt werden.
So kann die Grundfläche des Kontaktbereiches kreisförmig sein, aber auch andere Formen, wie ein Oval oder eine Ellipse sind denkbar. Nach einem weiteren Gedanken weist der Kontaktbereich im Bereich des Druckpunktes eine plane Fläche auf, die seitlich in die konvexe Form übergeht.
Denkbar ist überdies eine Geometrie, bei der der Kontaktbereich einlaufseitig einen Kreisbogenabschnitt mit geringem Radius und auslaufseitig einen solchen mit größerem Radius aufweist. Eine Alternative hierzu ist die Kombination einer Kreisbahn mit einer Ellipse. Grundsätzlich ist anzunehmen, dass ein Kreis mit kleinem Durchmesser zu einem geringen Versatz und ein Kreis mit großem Durchmesser zu einem großen Versatz bei definierter Schrägstellung des Reibbelages führt.
Neben der Kompensation eines tangentialen Schrägverschleißes, kann auch die Kompensation für einen radialen Schrägverschleiß des Reibbelages erforderlich sein. Ursache hierfür kann das Eigengewicht der Scheibenbremse sein, die in Abhängigkeit von der Montageposition am Fahrzeug in unterschiedliche Richtungen wirkt.
Überdies führen unterschiedliche Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Innen- und Außenbereich am Bremssattel zu einem radialen Schrägverschleiß.
Dabei kann die Kompensation auch eines radialen Schrägverschleißes dadurch erfolgen, dass die konvexe Geometrie um einen spitzen Winkel zur Querachse des Bremsbelages und zwar im Verlauf mit gleichbleibender Breite, wobei der Winkel um etwa 15 bis 30° zur Querachse beträgt.
Unter diesem Winkel geneigt können auch andere Formen des konvexen Kontaktbereiches ausgebildet sein, beispielsweise konisch, ausgehend von einem der Oberkante der Belagträgerplatte zugewandten Bereich sich verjüngend hin zu einem der Unterkante zugewandten. In jedem Fall ist eine Symmetrieachse des konvexen Kontaktbereichs durch den gedachten Mittelpunkt der Belagträgerplatte geführt.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:

1 eine Scheibenbremse nach dem Stand der Technik in einer teilweise geschnittenen Draufsicht
2 einen Bremsbelag der Scheibenbremse gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Rückansicht
3-5 jeweils in schematischer Draufsicht einen Bremsbelag nach der Erfindung in unterschiedlichen Betriebsstellungen
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bremsbelages in einer geschnittenen Draufsicht in einer schematischen Darstellung
7 den Bremsbelag in einer perspektivischen Schnittdarstellung
8 und 9 jeweils ein Ausführungsbeispiel des Bremsbelages nach der Erfindung in einer Rückansicht.

In der 1 ist in schematischer Darstellung eine Scheibenbremse nach dem Stand der Technik abgebildet, mit einem eine Bremsscheibe 2 übergreifenden Bremssattel 1, der als Schiebesattel ausgebildet ist und in dem zwei Bremsbeläge 3 angeordnet sind.
Diese Bremsbeläge 3 sind bei einer Bremsung gegen die rotierende Bremsscheibe 2 pressbar, wobei die Drehrichtung der Bremsscheibe 2 bei Vorwärtsfahrt ist durch einen Pfeil gekennzeichnet ist.
Bei der Bremsung wird zunächst der zuspannseitige Bremsbelag 3 mittels einer Zuspanneinrichtung 8 gegen die Bremsscheibe 2 gepresst, während nachfolgend, aufgrund der Reaktionskräfte, durch Mitnahme des sich verschiebenden Bremssattels 1 der reaktionsseitige Bremsbelag 3 gegen die Bremsscheibe 2 gepresst wird.
Jeder Bremsbelag 3 besteht aus einer Belagträgerplatte 11 und einem darauf befestigten Reibbelag 12, der bei einer Bremsung reibend an der Bremsscheibe 2 anliegt.
An den Belagträgerplatten 11 ist jeweils eine Belaghaltefeder 9 befestigt, die im Zusammenwirken mit einem Haltebügel 10 die Bremsbeläge 3 unter Vorspannung im einem Bremsschacht des Bremssattels 1 oder eines fahrzeugseitigen Bremsträgers 14 hält.
Bezogen auf die Rotationsachse der Bremsscheibe 2 ist der Bremssattel 1 auf Führungsholmen 15, die mit dem Bremsträger 14 verbunden sind, axial verschieblich gelagert.
Die Zuspanneinrichtung 8 weist einen Bremsstempel 4 auf, der zentral angeordnet über einen Bremshebel 13 axial verschiebbar gegen den zuspannseitigen Bremsbelag 3 pressbar ist, wobei der Bremshebel 13 über eine Lagerkugel am Bremsstempel 4 anliegt.
Der Bremsstempel 4 besteht aus einer Gewindespindel 6, mit der eine Nachstelleinrichtung 5 zum Ausgleich eines Lüftspiels in Verbindung steht, sowie einer als Gewindehülse ausgebildeten Stellspindel 7, die mit einem Innengewinde in ein Außengewinde der Gewindespindel 6 eingreift und die mit ihrer der Belagträgerplatte 11 des zuspannseitigen Bremsbelages 3 zugewandten Stirnseite mit einem Druckstück 16 fest verbunden ist, das an der Belagträgerplatte 11 in Drehrichtung gesichert anliegt, so dass die Stellspindel 7 verdrehfest gehalten ist.
In der 2 ist ein zuspannseitiger Bremsbelag 3 nach der Erfindung dargestellt, mit einem im Beispiel kreisförmigen Kontaktbereich 17, der, gemäß der Erfindung, zumindest teilweise konvex ausgebildet ist und an dem in Funktion der Bremsstempel 4 mit seinem Druckstück 16 anliegt. Dabei ist dieser Kontaktbereich 17 auf der dem Reibbelag 12 abgewandten Rückseite der Belagträgerplatte 11 vorgesehen, wobei diese durch eine Oberkante 18 und eine gegenüberliegende Unterkante 19 begrenzt ist.
In der 3 ist der zuspannseitige Bremsbelag 3 nach der Erfindung in einer Position abgebildet, in der der Reibbelag 12 die Bremsscheibe 2 kontaktiert, in der jedoch noch kein Schrägverschleiß vorliegt.
Hierbei ist der konvex ausgeformte Kontaktbereich 17 um den Wert b in Drehrichtung der Bremsscheibe 2, die durch einen Pfeil kenntlich gemacht ist, verschoben, um das Auftreten von tangentialem Schrägverschleiß zu vermeiden. Dabei wird der Wert b, der im Übrigen rechnerisch, per Simulation oder durch Versuche ermittelt wird, definiert durch den Abstand zwischen dem Druckpunkt P am konvex gewölbten Kontaktbereich 17 und der Mittelachse des Bremsstempels 4.
In der 4 ist ein Schrägverschleiß des Reibbelages 12 an der Einlaufseite der Bremsscheibe 2 abgebildet, wobei sich der Bremsbelag 3 im Uhrzeigersinn verdreht.
Dabei rollt der Bremsstempel 4 auf dem konvexen Kontaktbereich 17, der kreisbogenförmig mit dem Radius R gewölbt ist, ab und es entsteht ein größerer Abstand b, wodurch das wirksame Kompensationsmoment ansteigt.
In der 5 ist eine Position des Bremsbelages 3 erkennbar, bei der der Schrägverschleiß des Reibbelages 12 auslaufseitig eintritt, wobei sich hierbei allerdings der Bremsbelag 3 gegen den Uhrzeigersinn verdreht, mit der Folge eines kleineren Abstands b, wobei sich das wirksame Kompensationsmoment ebenfalls verringert. Dadurch wird ein verstärkter Verschleiß des Reibbelages 12 auf der Einlaufseite erreicht, was zu einem homogenen Gesamtverschleiß des Bremsbelages 3 führt.
In der 6, die einen Reibbelag 12 ohne Schrägverschleiß wiedergibt, ist besonders deutlich der konvexe Kontaktbereich 17 erkennbar, wobei der konvexe Abschnitt mit dem Radius R sich nur über einen Teilbereich des Kontaktbereiches 17 erstreckt.
Die 7 zeigt einen Bremsbelag 3 in einem Längsschnitt, mit einem konvexen Kontaktbereich 17, entsprechend dem in der 6 gezeigten.
Die 8 gibt den Bremsbelag 3 in einer rückseitigen Ansicht wieder, bei dem der konvexe Kontaktbereich 17 unter einem Winkel a, bezogen auf eine Querachse X ausgebildet ist, wobei der Kontaktbereich 17 durchgehend mit gleicher Breite ausgebildet ist und seine Symmetrieachse Y durch den gedachten Mittelpunkt der Belagträgerplatte 11 verläuft. Im Beispiel ist der gewölbte Kontaktbereich 17 zur Einlaufseite hin ansteigend geneigt.
In der 9 ist eine weitere Variante des konvexen Kontaktbereichs 17 gezeigt, der sich, ausgehend von der der Oberkante 18 zugewandten Seite, zur Unterkante 19 hin verjüngt, wobei die Symmetrieachse Y ebenfalls unter einem Winkel α zur Querachse X, jedoch zur Auslaufseite hin gerichtet, verläuft.
Durch die in den 8 und 9 gezeigte Formgebung ist neben der Kompensation eines tangentialen auch die Kompensation eines radialen Schrägverschleißes zu erreichen.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Bremssattel
2: Bremsscheibe
3: Bremsbelag
4: Bremsstempel
5: Nachstelleinrichtung
6: Gewindespindel
7: Stellspindel
8: Zuspanneinrichtung
9: Belaghaltefeder
10: Haltebügel
11: Belagträgerplatte
12: Reibbelag
13: Bremshebel
14: Bremsträger
15: Führungsholm
16: Druckstück
17: Kontaktbereich
18: Oberkante
19: Unterkante
P: Druckpunkt
X: Querachse
Y: Symmetrieachse

Claims

Scheibenbremse für ein Nutzfahrzeug, mit einem eine Bremsscheibe (2) übergreifenden Bremssattel (1), der, bezogen auf die Bremsscheibe (2), auf mit einem fahrzeugseitigen Bremsträger (14) verbundenen Führungsholmen (15) axial verschiebbar gehalten ist, wobei mittels einer einen schwenkbaren Bremshebel (13) und mindestens einen Bremsstempel (4) aufweisenden Zuspanneinrichtung (8) bei einer Bremsung ein aktionsseitiger, im Bremsträger (14) gelagerter, eine Belagträgerplatte (11) und einen darauf befestigten Reibbelag (12) aufweisender Bremsbelag (3) gegen die Bremsscheibe (2) pressbar ist, wobei der Bremsstempel (4) eine Stellspindel (7) und ein, die Belagträgerplatte (11) kontaktierendes Druckstück (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Belagträgerplatte (11) im Kontaktbereich (17) mit dem Bremsstempel (4) zumindest teilweise konvex ausgebildet ist.
Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckpunkt (P) des Bremsstempels (4) an dem konvexen Kontaktbereich (17) abständig zur Mittelachse des Bremsstempels (4) positioniert ist.
Scheibenbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckpunkt (P) in Auslaufrichtung mit Abstand zur Längsachse des Bremsstempels (4) positioniert ist.
Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der konvexe Kontaktbereich (17) zumindest in Drehrichtung der Bremsscheibe (2) kreisbogenförmig ist.
Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der konvexe Kontaktbereich (17) kreisförmig, oval oder elliptisch ist.
Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der konvexe Kontaktbereich (17) mittig eine ebene Fläche aufweist.
Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der konvexe Kontaktbereich (17) einlaufseitig eine Kreisform mit geringem Radius und auslaufseitig eine Kreisbahn mit größerem Radius aufweist.
Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gewölbte Kontaktbereich (17) streifenförmig ausgebildet und unter einem Winkel (α) zur Querachse (X) ausgerichtet ist. ist.
Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gewölbte Kontaktbereich (17) als in Richtung einer Unterseite (19) der Belagträgerplatte (11) sich verjüngend unter einem Winkel (α) zur Querachse (X) ausgerichtet ist.
Bremsbelag für eine Scheibenbremse für ein Nutzfahrzeug, mit einer Belagträgerplatte (11) und einem darauf befestigten Reibbelag (12), wobei die Belagträgerplatte (11) auf ihrer dem Reibbelag (12) abgewandten Rückseite einen Kontaktbereich (17) für einen Bremsstempel (4) der Scheibenbremse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (17) zumindest teilweise konvex ausgebildet ist.