DE102022202250A1

DE102022202250A1 - Scheibenbremsanordnung mit Bremsbelag an einer äußeren Umfangsfläche einer Bremsscheibe

Info

Publication number: DE102022202250A1
Application number: DE102022202250.5A
Authority: DE
Inventors: Hatem Shahin; Lothar Wagner; Kai Braun
Original assignee: HL Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2022-03-04
Filing date: 2022-03-04
Publication date: 2023-09-07
Also published as: KR20230131136A; US20230279913A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremsanordnung (10) für ein Fahrzeug, wobei die Scheibenbremsanordnung (10) umfasst:eine Bremsscheibe (12), die um eine Rotationsachse (R) drehbar ist; undmindestens einen Bremsklotz (14);wobei die Bremsscheibe (12) ein Scheibenelement (16) und einen Bremsbelag (22) an einer Außenumfangsfläche (20) des Scheibenelements (16) aufweist und wobei der Bremsklotz (14) relativ zu dem Bremsbelag (22) verschiebbar ist, um den Bremsbelag (22) während des Bremsens zur Erzeugung einer Bremskraft zu berühren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremsanordnung für ein Fahrzeug, eine Radanordnung für ein Fahrzeug, eine Bremsscheibe und einen Bremsklotz. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Straßenfahrzeug sein, z. B. ein Pkw, ein Lkw oder ein Bus.
Scheibenbremsen sind als Radbremsen in Straßenfahrzeugen weit verbreitet. Sie umfassen in der Regel eine Bremsscheibe, die mechanisch mit einem Rad gekoppelt ist, um sich mit diesem gemeinsam zu drehen. Ein Bremsklotz ist, bezogen auf eine Rotationsachse der Bremsscheibe und des Fahrzeugrades, relativ zur Bremsscheibe axial beweglich. Um eine Bremskraft zu erzeugen, kontaktiert der Bremsklotz die Bremsscheibe und verlangsamt so die Drehung der Bremsscheibe und die Drehung des Fahrzeugrads.
Typischerweise wird die Bremsscheibe zwischen zwei Bremsklötzen geklemmt, die an gegenüberliegenden Seitenflächen der Bremsscheibe angeordnet sind. Die Bremsklötze werden von einem Bremssattel getragen, der die Bremsscheibe axial überspannt.
Ein Beispiel für eine entsprechende Scheibenbremse findet sich z.B. in DE 10 2013 001 300 B4 .
Obwohl eine solche Konstruktion einer Scheibenbremse etabliert und bewährt ist, gibt es noch Raum für Verbesserungen. So zeigen bestehende Scheibenbremsen häufig unerwünschte Ausmaße von mechanischen Schwingungen und/oder Geräuscherzeugung, insbesondere von Quietschgeräuschen. Außerdem können sie ein unerwünschtes Ausmaß an Bremsstaubemission in die Umgebung erzeugen. Weitere bekannte Nachteile betreffen folgendes: eine Korrosion der Bremsscheibe, insbesondere an den von den Bremsklötzen berührten Flächen; eine Tendenz zu unsymmetrischem Bremsklotzverschleiß; eine axiale Ausdehnung eines Bremssattelgehäuses unter hohem Druck, die z.B. ein unerwünschtes Bremspedalgefühl und/oder Vibrationen hervorruft; eine Konusbildung der Bremsscheibe aufgrund ungleicher thermischer Belastung ihrer gegenüberliegenden Seitenflächen; eine übermäßige Erwärmung eines Bremssattelkolbens und/oder eines Bremssattelgehäuses; eine hohe zusätzliche Bremsflüssigkeitsaufnahme in einem Bremssattelhohlraum, insbesondere aufgrund einer Verformung des Bremssattels unter Druck; ein erhöhtes Gewicht der gesamten Bremsanlage.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Scheibenbremsenkonstruktion bereitzustellen, die dazu beiträgt, zumindest einige dieser bestehenden Nachteile zu beheben.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen und in dieser Beschreibung definiert.
Dementsprechend wird eine Scheibenbremsanordnung für ein Fahrzeug vorgeschlagen, insbesondere für ein nicht spurgebundenes Fahrzeug, wie z. B. ein Straßenfahrzeug. Die Scheibenbremsanordnung umfasst: eine Bremsscheibe, die um eine Rotationsachse drehbar ist; und mindestens einen Bremsklotz, wobei die Bremsscheibe ein Scheibenelement und einen Bremsbelag an einer äußeren Umfangsfläche des Scheibenelements umfasst. Der Bremsklotz ist relativ zum Bremsbelag (insbesondere radial) verschiebbar, um beim Bremsen den Bremsbelag zur Erzeugung einer Bremskraft zu kontaktieren.
Hier verwendete Begriffe wie axial, radial und in Umfangsrichtung können sich auf die Rotationsachse beziehen. Eine radiale Richtung kann sich in einem Winkel zu dieser Rotationsachse und insbesondere orthogonal dazu erstrecken. Eine axiale Richtung kann sich entlang der Rotationsachse erstrecken. Eine Umfangsrichtung kann sich um die Rotationsachse oder um diese herum erstrecken.
Bei dem Scheibenelement kann es sich um ein ein- oder mehrteiliges Element handeln. Sie kann im Allgemeinen flach und/oder kreisförmig sein. Sie kann eine Nabe, insbesondere eine Radnabe oder Achsnabe, umfassen. Die Nabe kann als axial vorstehender Teil, insbesondere als zentraler, axial vorstehender Teil, ausgebildet sein. Der axial vorstehende Teil kann nur zu einer Seite und/oder in nur einer axialen Richtung vorstehen. In einem Beispiel steht die Nabe relativ zu einem radial äußeren Abschnitt (insbesondere einem Ringabschnitt) der Bremsscheibe axial vor.
Alternativ dazu kann das Scheibenelement frei von wesentlichen axialen Vorsprüngen oder zumindest frei von nur einseitigen oder in nur eine Richtung weisenden axialen Vorsprüngen sein. Beispielsweise kann das Scheibenelement planar und/oder im Wesentlichen spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine Querschnittsebene sein, die orthogonal zur Rotationsachse verläuft.
Das Scheibenelement kann massiv sein oder zumindest teilweise hohl sein. Hohle Abschnitte können z. B. durch Hohlräume im Scheibenelement oder durch Kanäle oder Bohrungen im Scheibenelement definiert sein. Dies trägt zur Gewichtsreduzierung bei. Die hohlen Abschnitte können auch ein Konstruktionsmerkmal sein, um die thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften des Scheibenelements zu verbessern.
Die Bremsschicht kann zumindest anfangs eine konstante radiale Dicke haben. Sie kann sich zumindest entlang eines Teils der Umfangsfläche des Scheibenelements erstrecken und z. B. eine Mehrzahl von Bremsbelagsegmenten umfassen, die Ringsegmente entlang der Umfangsfläche bilden. Optional bildet der Bremsbelag einen geschlossenen Ring entlang der äußeren Umfangsfläche des Scheibenelements. Der Bremsbelag kann entsprechend der äußeren Umfangsfläche geformt sein, z. B. indem er ähnlich gekrümmt und/oder konzentrisch zu ihr angeordnet ist. Er kann zumindest einen Teil der äußersten Oberfläche der Bremsscheibe bilden, insbesondere die äußere Umfangsfläche der Bremsscheibe. Vorzugsweise kann er von außerhalb der Bremsscheibe berührt werden, z. B. durch einen radial äußeren Bremsklotz.
Der Bremsbelag kann in Bezug auf Material und/oder Dicke und/oder Reibungskoeffizient entsprechend bekannter Konfigurationen konfiguriert sein, kann aber im Vergleich zum Stand der Technik anders positioniert sein. Statt gemeinsam mit dem Bremsklotz kann er zum Beispiel gemeinsam mit der Bremsscheibe beweglich (z. B. drehbar) sein. Er kann also relativ zum Bremsklotz und/oder entlang des Bremsklotzes drehbar sein und/oder der Bremsklotz kann relativ zum Bremsbelag verschiebbar sein. Letzteres kann eine Relativverschiebung beinhalten, um den radialen Abstand zwischen Bremsklotz und Bremsbelag auf Null zu reduzieren (d. h. bis zum Kontakt).
In einem Beispiel wird die gesamte oder zumindest mehr als die Hälfte der axialen Breite der Umfangsfläche des Scheibenelements durch den Bremsbelag abgedeckt. Dies kann dazu beitragen, dass eine große Kontaktfläche zwischen Bremsbelag und Bremsklotz entsteht.
Der Bremsbelag kann in Bezug auf das Scheibenelement radial vorstehen. Er kann eine radial vorstehende Materialschicht auf der Oberseite oder an einer Außenseite der Umfangsfläche des Scheibenelements bilden. Gemäß einer Ausführungsform ist der Bremsbelag zumindest teilweise in einer Ausnehmung (z. B. in Form einer umlaufenden Nut) im Scheibenelement aufgenommen, um die mechanische Verbindung mit diesem zu verbessern. Im Allgemeinen kann der Bremsbelag auf die Bremsscheibe geklebt und/oder mit mechanischen Befestigungselementen wie Schrauben oder Nieten daran befestigt sein. Optional ist der Bremsbelag abnehmbar an dem Scheibenelement befestigt, z. B. mit Hilfe der mechanischen Befestigungselemente. Dies ermöglicht dessen Austauschen bei Verschleiß, obwohl die Bremsschicht aber auch so ausgelegt sein kann, dass sie eine lange Lebensdauer hat, so dass sie möglicherweise nicht ausgetauscht werden muss.
So kann die Bremsschicht z. B. hinsichtlich ihrer Dicke und/oder ihres Volumens so bemessen sein, dass sie eine bestimmte Gesamtlebensdauer eines gegebenen Fahrzeugs abdeckt, und zwar auf der Grundlage eines erwartenden Ausmaßes von Bremsbetätigungen. Dieser Lebenszyklus kann z.B. 250.000 Kilometer Fahrstrecke oder eine Fahrzeit von zehn Jahren umfassen. Dies kann dazu beitragen, die Betriebskosten zu begrenzen.
Der Bremsbelag kann mit einem oder mehreren Schlitzen versehen sein. Diese können sich axial oder in Umfangsrichtung, insbesondere ringförmig, erstrecken. Die Schlitze können als Ausnehmungen im Bremsbelag ausgebildet sein und sich z. B. radial nach innen in Bezug auf eine äußere (Kontakt-)Fläche des Bremsbelags erstrecken. Abgesehen von diesen Schlitzen kann eine Oberfläche des Bremsbelags geschlossen und/oder glatt sein.
Die übrigen Außenflächen des Scheibenelements, z. B. die Seitenflächen, können frei vom Bremsbelag sein und können nicht zur Erzeugung von Bremskräften berührt werden.
Der Bremsklotz kann gegenüberliegend zu dem Bremsbelag angeordnet sein, insbesondere radial gegenüber dem Bremsbelag. Außerdem kann er zumindest bei Nichtbremsung radial außerhalb des Bremsbelags (und damit radial außerhalb des Scheibenelements und/oder der Bremsscheibe) angeordnet sein.
Der Bremsklotz kann so gestaltet sein, dass er beim Kontakt mit dem Bremsbelag Reibungskräfte erzeugt und dadurch die Drehung der Bremsscheibe verlangsamt.
Die Scheibenbremsanordnung kann mindestens einen Aktor zum Verschieben des Bremsklotzes umfassen, z. B. einen hydraulischen oder elektrischen Aktor. Dieser Aktor kann von einem Bremssattel oder, allgemein ausgedrückt, von einem Bremsklotzträger umfasst sein, an den der Bremsklotz gekoppelt ist. Der Bremsklotzträger kann im Fahrzeug unbeweglich eingebaut sein. Er kann ein verschiebbares Element, wie z. B. einen Kolben, sowie eine Hydraulikkammer oder einen Elektromotor umfassen, der auf das verschiebbare Element einwirkt. Das verschiebbare Element kann mit dem Bremsklotz gekoppelt sein, so dass es diesen trägt und verschieben kann, um die Bremsscheibe zu berühren.
Die beschriebene Scheibenbremsenanordnung kann eine Reihe von Vorteilen bieten. Die Bremsscheibe kann sich zum Beispiel in radialer Richtung thermisch ausdehnen. Dies kann die Bremsleistung verbessern, indem z. B. ein unerwünschter Anstieg des Bremspedalwegs vermieden oder sogar umgekehrt wird. Da andererseits an den Seitenflächen der Bremsscheibe optional keine Reibungskräfte entstehen, kann eine insbesondere ungleichmäßige axiale Wärmeausdehnung begrenzt werden.
Eine Hauptwärmesenke der Scheibenbremsanordnung kann der Bremsklotz sein, der somit einen neuen Konstruktionsparameter zur Erreichung einer gewünschten Wärmeverteilung darstellen kann. Außerdem kann dadurch verhindert werden, dass sich der Pedalweg bei häufiger Betätigung der Bremse vergrößert, z. B. weil sich der Bremsklotz thermisch radial nach innen in Richtung Bremsbelag ausdehnt. Dadurch kann einer möglichen Vergrößerung des radialen Abstands zwischen Bremsklotz und Bremsbelag entgegengewirkt werden, die z. B. durch eine ungünstigere Wärmeausdehnung und/oder die Formung einer hydraulischen Kolbenkammer (d. h. eines Bremssattelhohlraums) unter Last entstehen könnte. Der Bremsklotz kann z. B. aus einem Material mit großer Wärmekapazität, wie einem metallischen Werkstoff, insbesondere Gusseisen, konfiguriert sein.
Gleichzeitig kann das Risiko eines Restschleifmoments verringert werden. Dies liegt daran, dass radiale Schwingungen der Bremsscheibe, die ein solches Restschleifmoment verursachen könnten, wesentlich geringer sein können als axiale Schwingungen. Letzteres kann bei bestehenden Bremsscheibenkonstruktionen zu unerwünschten Kontakten zwischen Bremsklotz und Bremsscheibe führen und damit ein Restschleifmoment verursachen, auch wenn die Bremse nicht betätigt wird. Auch die Gefahr von aerodynamischen Sogkräften, die bei bestehenden Bremsscheibenkonstruktionen ebenfalls ein Restschleifmoment verursachen, kann beim Bremsen an einer Umfangsfläche der Bremsscheibe deutlich reduziert werden.
Neben der Verringerung des Restschleifmoments kann die Verhinderung unerwünschter Kontakte zwischen Bremsklotz und Bremsscheibe im ungebremsten Zustand auch dazu beitragen, tieffrequente Geräusche wie Klappern, Stöhnen, Ächzen oder Heulen zu begrenzen.
Außerdem kann das Anordnen des Bremsbelags an einer Umfangsfläche der Bremsscheibe eine insgesamt große Bremsbelagfläche bei einem kleinen Radius der Bremsscheibe ermöglichen. Auf diese Weise können Größe und Gewicht der Bremsscheibe im Vergleich zum Stand der Technik reduziert werden, wobei eine ähnliche Bremsleistung erzielt wird. Zusätzlich oder alternativ kann das Ausmaß des lokalen Verschleißes reduziert werden, da die Reibungskräfte auf eine größere Fläche verteilt werden. Dadurch kann die Lebensdauer des Bremsbelags und/oder der Bremsscheibe erhöht werden.
Außerdem wurde festgestellt, dass die beschriebene Positionierung und/oder die vergrößerte Fläche des Bremsbelags zur Verbesserung der Schwingungseigenschaften der Scheibenbremse beitragen kann. Dadurch kann sie die Entstehung unerwünschter Bremsgeräusche, insbesondere von Quietschgeräuschen, einschränken. Zum Beispiel kann mit der hier vorgestellten Bremsscheibe die Anzahl der Eigenfrequenzen (insbesondere im Frequenzbereich von 1000 Hz bis 6000 Hz) und/oder die Anzahl der „out of plane“-Moden der Bremsscheibe im Vergleich zu bestehenden Konstruktionen reduziert werden.
Außerdem entsteht bei der beschriebenen Konstruktion Bremsstaub an der Umfangsfläche der Bremsscheibe. Dort kann er leichter aufgefangen oder von der Umgebung abgeschirmt oder von der Umgebung weggeleitet werden, z. B. durch einige der unten beschriebenen Ausführungsformen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Bremsbelag ein Reibmaterial, wobei das Reibmaterial beispielsweise Reibfasern oder Reibpartikel (z. B. metallische Werkstoffe) und ein Bindemittel umfasst. Dementsprechend kann das Reibmaterial eine Materialzusammensetzung mit in einem (starren) Bindemittel verteilten Partikeln und/oder Fasern sein oder diese Materialzusammensetzung umfassen.
Zusätzlich oder alternativ ist mindestens eine Kontaktfläche des Bremsklotzes, die so gestaltet ist, dass sie den Bremsbelag während des Bremsens berührt, aus einem Material hergestellt, das sich vom Material des Bremsbelags unterscheidet, z. B. das kein Reibmaterial und/oder kein Bremsbelagmaterial ist.
Wahlweise umfasst zumindest die Kontaktfläche (oder die gesamte Bremsbacke) ein Material, das härter ist als ein Material des Bremsbelags. Dadurch wird der Verschleiß der Kontaktfläche im Vergleich zum Bremsbelag reduziert.
Zusätzlich oder alternativ kann ein Reibungskoeffizient der Kontaktfläche kleiner sein als der des Reibmaterials.
In einem Beispiel ist der Bremsklotz aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Gusseisen, hergestellt oder umfasst diesen. Der Bremsklotz (oder zumindest ein Teil davon, der die Kontaktfläche umfasst) kann zum Beispiel ein einteiliges Metallgussteil sein. Bei dem Gusseisenmaterial kann es sich um ein Sphärogussmaterial handeln. Der Bremsbelag kann dagegen kein Metallgussteil sein und/oder nicht aus Gusseisen hergestellt sein oder dieses umfassen. Durch die Verwendung eines metallischen Werkstoffs, insbesondere von Gusseisen, für den Bremsklotz kann ein günstiges Wärmeausdehnungsverhalten erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Scheibenelement aus einem anderen Material als dem des Bremsbelags und/oder des Bremsklotzes hergestellt oder umfasst ein solches. Insbesondere kann dieses Material leichter sein als ein Material des Bremsbelags und/oder des Bremsklotzes. Dies kann dazu beitragen, das Gewicht und insbesondere eine rotierende Masse zu reduzieren. Dies kann auch die Auswahl geeigneter individueller Materialien für jedes vor dem Scheibenelement, dem Bremsbelag und/oder dem Bremsklotz ermöglichen, z. B. im Hinblick auf Gewicht, Steifigkeit, Härte, Reibungskoeffizient oder Wärmeausdehnung.
Gemäß einem weiteren Aspekt bildet der Bremsbelag mindestens einen Abschnitt eines Rings, der sich entlang der äußeren Umfangsfläche des Scheibenelements erstreckt. So kann der Bremsbelag beispielsweise einen durchgehenden oder geschlossenen Ring bilden, der sich über die gesamte äußere Umfangsfläche erstreckt. Anders ausgedrückt: der Bremsbelag kann eine ringförmige Materialschicht bilden. Dies vergrößert die wirksame Oberfläche des Bremsbelags und kann eine Verringerung der Dicke des Bremsbelags ermöglichen, um einen wirksamen Radius zu vergrößern. Dies kann auch im Hinblick auf die Herstellung und/oder den Austausch des Bremsbelags von Vorteil sein. Dies kann auch die Abstützung und Fixierung des Bremsbelags am Scheibenelement verbessern.
In einem Beispiel umfasst der Bremsbelag mehrere Bremsbelagsegmente oder, anders ausgedrückt, ist eine mehrteilige Baugruppe. Die Bremsbelagsegmente können ringförmig entlang der äußeren Umfangsfläche angeordnet oder verteilt sein. Sie können in Abständen in Umfangsrichtung zueinander angeordnet sein, so dass ein nicht durchgehender oder, mit anderen Worten, ein lokal unterbrochener Ring entsteht.
Im Bremsbelag können Schlitze vorgesehen sein, um die Ausbreitung der Stauströmung in bestimmte Richtungen zu steuern oder, anders ausgedrückt, zu lenken (z. B. weg von der Umgebung und hin zu einer Staubsammelfläche des Fahrzeugs, wobei diese Fläche ein Haftmaterial umfasst). Diese Schlitze können als lokale Ausnehmungen in einem durchgehenden, insbesondere ringförmigen Bremsbelag ausgebildet sein. Alternativ können sie durch Lücken zwischen benachbarten Bremsbelagsegmenten gebildet werden.
In einem Beispiel umfasst die Scheibenbremsanordnung eine Mehrzahl von Bremsklötzen. Jeder Bremsklotz kann an einem eigenen Bremsklotzträger befestigt sein und/oder durch einen individuell zugeordneten Aktor verschoben werden. Die Bremsklötze können in Winkelabständen zueinander angeordnet sein, wobei die Winkelabstände um die Rotationsachse definiert sind. Anders ausgedrückt: Die Bremsklötze können entlang des Umfangs der Bremsscheibe beabstandet sein. In einem Beispiel kann der Winkelabstand etwa 180° betragen. Sind mehr als zwei Bremsklötze vorhanden, können die Winkelabstände zwischen jedem Paar benachbarter Bremsklötze gleich sein. Zum Beispiel kann jeder Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Bremsklötzen 360°/n betragen, wobei n die Anzahl der Bremsklötze ist.
Durch die Bereitstellung einer entsprechenden Mehrzahl von Bremsklötzen kann die Bremsscheibe von und/oder zwischen den Bremsklötzen eingeklemmt werden, wodurch Vibrationen und eine einseitige Belastung der Bremsscheibe begrenzt werden. Vorteilhafterweise wirken die Bremsklötze so als Gegenlager füreinander.
Es kann vorgesehen sein, dass der Bremsklotz im ungebremsten Zustand in einem radialen Abstand zur Bremsscheibe angeordnet ist. Andererseits kann sich zumindest ein Teil des Bremsklotzes axial mit dem Bremsbelag überlappen. So muss der Bremsklotz nur entlang einer Bewegungsachse, insbesondere einer radialen Achse, bewegt werden, um den Bremsbelag zu berühren. Dies vereinfacht die Konstruktion der Scheibenbremsanordnung.
Gemäß einem Beispiel ist der Durchmesser des Scheibenelements nicht größer als das Achtfache und insbesondere nicht größer als das Vierfache der axialen Breite des Bremsbelags. So entsteht eine kompakte und damit leichte Scheibenbremsanordnung. Die Bereitstellung eines solchen begrenzten Durchmessers wird dadurch ermöglicht, dass im Gegensatz zum Stand der Technik die Seitenflächen des Scheibenelements nicht als Kontaktflächen für den Bremsklotz verwendet werden (oder zumindest nicht als ausschließliche Kontaktflächen). So kann die Größe der Seitenflächen unabhängig von der Größe der Kontaktfläche der Bremsklötze gewählt werden. Auch die an oder innerhalb der Seitenflächen erzeugte Wärmemenge nimmt mit der offenbarten Lösung ab. Dadurch verringert sich der Bedarf an Wärmeabfuhr an oder durch die Seitenflächen, was eine Verringerung ihrer Oberfläche, z. B. durch Verringerung des Durchmessers, ermöglicht.
Insbesondere um die Emission von Bremsstaub in die Umgebung zu begrenzen, kann der Bremsklotz bzw. der Bremsklotzträger eine Ausnehmung aufweisen, in der der Bremsbelag zumindest teilweise (z. B. auch im ungebremsten Zustand) aufgenommen wird oder aufgenommen werden kann (z. B. zumindest im gebremsten Zustand). Die Ausnehmung kann z. B. als umlaufender Schlitz oder Nut ausgebildet sein, in die ein äußerer Randabschnitt der Bremsscheibe eingeführt und damit aufgenommen werden kann, wobei dieser Randabschnitt den Bremsbelag umfasst. Eine Drehung der Bremsscheibe relativ zum Bremsklotz oder Bremsklotzträger kann ohne eine Behinderung durch die Ausnehmung erfolgen.
Wenn sie im Bremsklotz vorgesehen ist, kann ein Teil der dem Bremsbelag zugewandten Ausnehmung als Kontaktfläche für den Bremsklotz dienen. Dieser Teil kann eine Bodenfläche der Ausnehmung bilden. Optional können radial vorstehende Abschnitte oder Randbereiche der Ausnehmung den Bremsbelag nicht berühren.
Wenn die Ausnehmung im Bremsklotzträger vorgesehen ist, kann der Bremsklotz auch in der Ausnehmung angeordnet werden. Er kann während des Bremsvorgangs gegenüber der Ausnehmung radial verschiebbar sein.
Randbereiche der Ausnehmung können sich radial mit der Bremsscheibe überlappen. Durch die Anordnung des Bremsbelags in einer entsprechenden Ausnehmung kann eine Emission von Bremsstaub in die Umgebung begrenzt werden. Der Bremsstaub kann z. B. an optionalen Klebeflächen haften, die an (inneren) Flächen der Ausnehmung vorgesehen sein können. Die Ausnehmung kann auch eine geräuschdämpfende Funktion beim Bremsen haben.
Gemäß einem Beispiel umfasst der Bremsklotz oder Bremsklotzträger mindestens einen radial vorstehenden Abschnitt, der (z.B. auch im ungebremsten Zustand) benachbart zu einer axial äußeren Fläche der Bremsscheibe angeordnet oder anordenbar ist (z.B. zumindest im gebremsten Zustand). Insbesondere kann der radial vorstehende Abschnitt radial mit der Bremsscheibe überlappen, z. B. permanent oder zumindest während des Bremsens.
Dementsprechend kann auch vorgesehen werden, dass der radial vorstehende Abschnitt im ungebremsten Zustand neben der axialen Außenfläche angeordnet ist und/oder die Bremsscheibe radial überlappt. Während des Bremsens und wenn sie am Bremsklotz vorgesehen ist, kann das Ausmaß der Überlappung vergrößert werden, indem der Bremsklotz und damit der vorstehende Abschnitt radial nach innen, d. h. in Richtung der Mitte der Bremsscheibe, gedrückt wird.
Eine axiale Außenfläche der Bremsscheibe kann auch als Seitenfläche bezeichnet werden. Die Bremsscheibe kann zwei Seitenflächen aufweisen, die in entgegengesetzte axiale Richtungen weisen und durch die Umfangsfläche des Scheibenelements und/oder der gesamten Bremsscheibe verbunden sind.
Der radial vorstehende Abschnitt kann einen Seiten- oder Randabschnitt der oben beschriebenen Ausnehmung bilden. Er kann ähnliche Vorteile bieten, wie sie oben im Zusammenhang mit der Ausnehmung erläutert wurden, d. h. eine Verringerung der Lärm- und Bremsstaubemissionen.
In diesem Zusammenhang kann der Bremsklotz oder der Bremsklotzträger einen ersten radial vorstehenden Abschnitt und einen zweiten radial vorstehenden Abschnitt aufweisen, die beim Bremsen an unterschiedlichen (z. B. gegenüberliegenden) axialen Außenflächen der Bremsscheibe angeordnet oder anordenbar sind. Anders ausgedrückt kann die Bremsscheibe in einem Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten radial vorstehenden Abschnitt angeordnet werden und/oder von diesen axial umgeben sein. Dies sorgt für eine besonders effiziente Reduzierung von Lärm- und Staubemissionen.
Die Erfindung betrifft auch eine Radanordnung für ein Fahrzeug, umfassend eine Scheibenbremsanordnung nach einem der hierin offenbarten Aspekte und ein Fahrzeugrad, das zumindest mittelbar mit der Bremsscheibe für eine gemeinsame Rotation mit dieser gekoppelt ist. Die mittelbare Kopplung kann z. B. dadurch erfolgen, dass das Fahrzeugrad nicht direkt an der Scheibenbremse (z. B. an einer dazugehörigen Radnabe), sondern an einem Achsbauteil befestigt wird, an das die Scheibenbremse ebenfalls gekoppelt ist. Das Rad kann weder durch die Scheibenbremsanordnung noch durch eine andere Bremseinrichtung direkt gebremst werden. Stattdessen kann nur die Bremsscheibe der Scheibenbremsanordnung direkt gebremst (d. h. kontaktiert) werden, wodurch die Drehung des Fahrzeugrads ebenfalls gebremst wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Bremsscheibe für eine Scheibenbremsanordnung nach jeglichem der hierin offenbarten Beispiele, insbesondere mit einer Bremsscheibe, die um eine Rotationsachse drehbar ist und ein Scheibenelement und einen Bremsbelag an einer äußeren Umfangsfläche des Scheibenelements aufweist.
Ferner betrifft die Erfindung einen Bremsklotzträger für eine Scheibenbremsanordnung gemäß jeglichem der hierin offenbarten Beispiele, insbesondere gemäß denjenigen Beispielen, die eine Ausnehmung und/oder mindestens einen radial vorstehenden Abschnitt aufweisen.
Konkret wird ein Bremsklotzträger zum Tragen eines Bremsklotzes vorgeschlagen, wobei der Bremsklotzträger eine Ausnehmung und/oder mindestens einen radial vorstehenden Abschnitt aufweist. In der Ausnehmung kann eine äußere Umfangsfläche einer Bremsscheibe, die durch den Bremsklotz abgebremst werden soll, zumindest teilweise aufgenommen werden (z.B. zumindest während des Bremsens oder dauerhaft). Der mindestens eine radial vorstehende Abschnitt kann benachbart zu einer Seitenfläche der Bremsscheibe anordenbar sein (z. B. zumindest während des Bremsvorgangs oder permanent).
Die Ausnehmung kann eine Bodenfläche aufweisen, die insbesondere gekrümmt sein kann, z. B. entsprechend einer Krümmung des Umfangs der Bremsscheibe. Die Ausnehmung kann parallel zueinander und/oder in Umfangsrichtung verlaufende Randabschnitte umfassen. Die Randbereiche können durch die Bodenfläche voneinander beabstandet und/oder miteinander verbunden sein. Dementsprechend kann die Ausnehmung ein Schlitz, insbesondere ein gebogener Schlitz, sein. Die Endflächen des Schlitzes und insbesondere die gegenüberliegenden Umfangsendflächen können offen sein, so dass sich ein äußerer Felgenabschnitt der Bremsscheibe frei in dem Schlitz drehen kann, während er teilweise darin aufgenommen und/oder teilweise davon umgeben ist.
Die vorstehenden Abschnitte können Randabschnitte einer Ausnehmung gemäß einem der hier offenbarten Beispiele sein.
Weiterhin offenbart ist ein Bremsklotz für eine Scheibenbremsanordnung gemäß einem der hierin offenbarten Beispiele und insbesondere gemäß denjenigen Beispielen, die eine Ausnehmung und/oder mindestens einen radial vorstehenden Abschnitt aufweisen.
Insbesondere kann der Bremsklotz eine Ausnehmung und/oder mindestens einen radial vorstehenden Abschnitt aufweisen. In der Ausnehmung kann eine äußere Umfangsfläche einer Bremsscheibe, die durch den Bremsklotz abgebremst werden soll, zumindest teilweise aufgenommen werden (z.B. zumindest während des Bremsens oder dauerhaft). Der mindestens eine radial vorstehende Abschnitt kann benachbart zu einer Seitenfläche der Bremsscheibe anordenbar sein (z. B. zumindest während des Bremsvorgangs oder permanent).
Die Ausnehmung und der vorstehende Abschnitt können gemäß jeglichem der hier offenbarten Beispiele, insbesondere in Verbindung mit dem oben genannten Bremsklotzträger, gestaltet sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Figuren näher beschrieben. Gleiche Merkmale können figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein.

1 zeigt eine Scheibenbremsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt eine Scheibenbremsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
3 ist eine Detailansicht eines Bremsklotzes einer Scheibenbremsanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform.
Die 4 bis 7 veranschaulichen Möglichkeiten zur Anordnung eines oder mehrerer Bremsklötze in Scheibenbremsanordnungen gemäß weiteren Ausführungsformen.
Die 8-12 zeigen modifizierte Versionen der Ausführungsformen der 1-7.

1 zeigt eine Scheibenbremsanordnung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Scheibenbremsanordnung 10 umfasst eine Bremsscheibe 12 und einen Bremsklotz 14, oder mit anderen Worten eine Bremsbacke, die an einem Bremsklotzträger 15, oder mit anderen Worten an einem Bremssattel, angeordnet sind.
Die Bremsscheibe 12 umfasst ein ein- oder mehrteiliges Scheibenelement 16, das aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist. Das Scheibenelement 16 ist um eine Rotationsachse R drehbar ausgebildet. Im Beispiel von 1 umfasst es eine zentrale Nabe 18, die als Radnabe ausgebildet ist, und zwar zur Befestigung eines schematisch angedeuteten Fahrzeugrads 11 einer Fahrzeugradanordnung 13 daran. Die Nabe 18 bildet einen zentralen, axial vorstehenden Teil, der nur in eine axiale Richtung (in 1 nach links) vorsteht.
Eine Außenfläche der Bremsscheibe 12 wird durch einen Bremsbelag 22 gebildet. Der Bremsbelag 22 ist an der äußeren Umfangsfläche 20 des Scheibenelements 16 befestigt. Die axiale Breite W des Bremsbelags 22 deckt nur beispielhaft die gesamte axiale Breite der Umfangsfläche 20 ab. Der Bremsbelag 22 ist als ringförmige Materialschicht ausgebildet, die sich über den gesamten Umfang der Bremsscheibe 12 erstreckt.
Der Bremsklotz 14 befindet sich radial außerhalb und zumindest im gezeigten Beispiel oberhalb des Bremsbelags 22. Außerdem überlappt er sich axial mit dem Bremsbelag 22. Der Bremsklotz 14, insbesondere eine Kontaktfläche 17, ist somit dem Bremsbelag 22 zugewandt und kann mit diesem zur Bremskrafterzeugung durch eine geradlinige Radialbewegung in Kontakt gebracht werden. Der Bremsklotzträger 15, an dem der Bremsklotz 14 angebracht ist, umfasst einen nicht dargestellten Aktor, wie z. B. einen Elektromotor oder einen Hydraulikkolben, zur Erzeugung dieser Bewegung. Der Bremsklotz 14 ist aus einem metallischen Werkstoff hergestellt und ist genauer gesagt ein einteiliges Metallgussstück.
In 1 ist auch der Durchmesser D der Bremsscheibe 12 angegeben. Um eine kompakte und leichte Bremsscheiben-Anordnung 10 bereitzustelle, kann der Durchmesser D nicht mehr als das Zehnfache und vorzugsweise nicht mehr als das Achtfache oder Vierfache der axialen Breite W betragen.
2 zeigt eine Scheibenbremsanordnung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Diese Scheibenbremsanordnung 10 unterscheidet sich von der Ausführungsform der 1 nur in Bezug auf die Bremsscheibe 12. Die Bremsscheibe 12 weist insbesondere keine axial vorstehende Radnabe auf. Stattdessen bildet die Bremsscheibe 12 ein im Wesentlichen flächiges Element und umfasst eine Nabe 18, die im Wesentlichen innerhalb einer Haupterstreckungsebene der Bremsscheibe 12 angeordnet ist. Die Nabe 18 ist mit einem nicht dargestellten Achsbauteil des Fahrzeugs verbindbar. Ein nicht dargestelltes Fahrzeugrad, das durch die Scheibenbremsanordnung 10 gebremst werden soll, kann ebenfalls mit demselben Achsbauteil und damit indirekt mit der Bremsscheibe 12 gekoppelt sein.
Als weitere optionale Merkmale, die in jeder der hier offengelegten Ausführungsformen vorgesehen werden können, sind hohle Abschnitte 30, 32 innerhalb des ansonsten massiven Scheibenelements 16 der Bremsscheibe 12 dargestellt. Der erste Abschnitt 30 ist als hohles Volumen beliebiger Form, z. B. zylindrisch, rechteckig oder kreisförmig, ausgebildet. Ein zweiter hohler Abschnitt 32 ist als Kanal ausgebildet, der sich axial hindurch und in dem Scheibenelement 16 erstreckt. Der zweite hohle Abschnitt 32 kann beispielsweise ein durch Bohren hergestelltes Durchgangsloch sein. Die Anzahl der hohlen Abschnitte 30, 32 kann größer sein als dargestellt und es kann nur eine Art von erstem und zweitem hohlen Abschnitt 30, 32 vorgesehen sein. Die hohlen Abschnitte 30, 32 tragen zur Gewichtsreduzierung bei.
3 zeigt eine Detailansicht einer Scheibenbremsanordnung 10 gemäß einer dritten Ausführungsform, und zwar eines Bremsklotzes 14 und eines Bremsklotzträgers 15, die einen radial äußeren Randbereich eines nur teilweise dargestellten Scheibenelements 16 der Scheibenbremsanordnung 10 aufnehmen. Der als solcher feststehende Bremsklotzträger 15 umfasst radial nach innen vorstehende Abschnitte 34, die sich entlang der beiden äußeren Seitenflächen 36 des Scheibenelements 16 erstrecken und diese radial überlappen. Die vorstehenden Abschnitte 34 stellen somit Randabschnitte einer Ausnehmung 38 des Bremsklotzträgers 15 dar, in der der äußere Randabschnitt des Scheibenelements 16 und insbesondere der Bremsbelag 22 liegen. Die Ausnehmung 38 ist in der Regel als umlaufender Schlitz ausgebildet, der entsprechend der Krümmung der äußeren Umfangsfläche der Bremsscheibe 12 gebogen ist. Die Kontaktfläche 17 des Bremsklotzes 14 ist ebenfalls gewölbt. Optional können die Innenflächen 35 der vorstehenden Abschnitte 34 mit einem Klebstoff versehen sein, um den beim Bremsen entstehenden Bremsstaub zu sammeln.
In 3 berührt der Bremsklotz 14 den Bremsbelag 22, um Bremskräfte zu erzeugen. Es ist zu beachten, dass 3 nur eine schematische Darstellung ist, die nicht spezifisch die radiale Verschiebung des Bremsklotzes 14 relativ zum feststehenden Bremsklotzträger 15 andeutet, wenn der Bremsklotz 14 den Bremsbelag 22 berührt.
In einer alternativen Ausführungsform, die nicht speziell dargestellt ist, sind die radial vorstehenden Abschnitte 34 ähnlich angeordnet wie im Beispiel von 3, jedoch am beweglichen Bremsklotz 14 vorgesehen. Der Randabschnitt der Bremsscheibe 12 und insbesondere des Bremsbelags 22 kann wiederum zwischen den vorstehenden Abschnitten 34 aufgenommen werden, z. B. in einer Ausnehmung oder in einem von den vorstehenden Abschnitten 34 begrenzten Raum. Der Bremsklotzträger 15 kann in diesem Fall frei von entsprechenden vorstehenden Abschnitten 34 sein.
Die 4 bis 7 zeigen verschiedene Beispiele für die Verteilung eines oder mehrerer Bremsklötze 14 und der zugehörigen Bremsklotzträger 15 entlang des Umfangs der Bremsscheibe 12. Die Beispiele in den 4-7 sind nicht einschränkend, d. h. es können abweichende Anzahlen und Positionen von Bremsklötzen 14 und Bremsklotzträgern 15 vorgesehen werden.
Im Falle von 4 ist nur ein Bremsklotz 14 vorhanden. Im Fall von 5 sind zwei Bremsklötze 14 vorgesehen, die in einem Winkel A von 180° voneinander beabstandet sind. 6 zeigt, dass auch ein anderer Abstand der beiden Bremsklötze 14 möglich ist. In 7 sind drei Bremsklötze 14 dargestellt, die in gleichen Winkelabständen A von 120° zueinander angeordnet sind.
Die 8-12 zeigen modifizierte Versionen der Ausführungsformen der 1-7. Zu den Modifikationen gehört das Vorsehen von Schlitzen 40 in dem Bremsbelag 22, wobei die Schlitze 40 z.B. als Nuten oder Ausnehmungen innerhalb des Bremsbelags 22 ausgebildet sind.
In den 8 und 9, die den Ausführungsformen der 1 und 2 entsprechen, verlaufen die Schlitze 40 in Umfangsrichtung und ringförmig. Sie können durchgehende Ringe bilden oder eine Folge von in Umfangsrichtung getrennten Ringsegmenten umfassen. In 9 sind zwei Schlitze 40 vorgesehen, die entlang der Rotationsachse R voneinander beabstandet sind. Die Anzahl der Schlitze 40 kann höher sein als in der Figur.
10 entspricht der Ausführungsform von 3 und zeigt ebenfalls eine beispielhafte Anzahl von axial beabstandeten, umlaufenden Schlitzen 40.
In den 11 und 12 verlaufen die Schlitze 40 nicht in Umfangsrichtung, sondern axial. Die Anzahl der Schlitze 40 kann von der in den 11 und 12 dargestellten Anzahl abweichen.
Es hat sich gezeigt, dass die Schlitze 40 dazu beitragen, Vibrationen und Geräuschemissionen beim Bremsen zu begrenzen. Außerdem können sie dazu beitragen, Wasser weg von den eigentlichen Kontaktflächen des Bremsbelags 22 zu den Bremsklötzen 14 zu leiten. Dies kann dazu beitragen, die Bremsleistung bei Nässe zu verbessern. Außerdem können die Schlitze 40 die mechanische Druckverteilung innerhalb des Bremsbelags 22 verbessern.
Liste der Bezugszeichen

10: Bremsscheibenanordnung
12: Bremsscheibe
14: Bremsklotz
15: Bremsklotzträger
16: Scheibenelement
17: Kontaktfläche
18: Nabe
20: Umfangsfläche
22: Bremsschicht
30: erster hohler Abschnitt
32: zweiter hohler Abschnitt
36: vorstehender Abschnitt
35: Innenseite des vorstehenden Abschnitts
36: Seitenfläche
38: Aussparung
40: Schlitz
A: Winkelabstand
R: Rotationsachse
W: axiale Breite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013001300 B4 [0004]

Claims

Scheibenbremsanordnung (10) für ein Fahrzeug, die Folgendes umfasst: eine Bremsscheibe (12), die um eine Rotationsachse (R) drehbar ist; und mindestens einen Bremsklotz (14); wobei die Bremsscheibe (12) ein Scheibenelement (16) und einen Bremsbelag (22) an einer äußeren Umfangsfläche (20) des Scheibenelements (16) aufweist und wobei der Bremsklotz (14) relativ zu dem Bremsbelag (22) verschiebbar ist, um den Bremsbelag (22) während des Bremsens zur Erzeugung einer Bremskraft zu berühren.
Scheibenbremsanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei der Bremsbelag (22) ein Reibmaterial umfasst.
Scheibenbremsanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eine Kontaktfläche (17) des Bremsklotzes (14), die eingerichtet ist, den Bremsbelag (22) während des Bremsens zu berühren, aus einem Material hergestellt ist, das sich von dem Material des Bremsbelags (22) unterscheidet.
Scheibenbremsanordnung (10) nach Anspruch 3, wobei zumindest die Kontaktfläche (17) des Bremsklotzes (14) ein Material umfasst, das härter ist als ein Material des Bremsbelags (22).
Scheibenbremsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bremsklotz (14) einen metallischen Werkstoff und insbesondere Gusseisen umfasst.
Scheibenbremsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Scheibenelement (16) ein Material umfasst, das sich von einem Material des Bremsbelags (22) unterscheidet.
Scheibenbremsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bremsbelag (22) einen vorzugsweise durchgehenden Ring bildet, der sich entlang der äußeren Umfangsfläche (20) des Scheibenelements (16) erstreckt.
Scheibenbremsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Mehrzahl von Bremsklötzen (14), die in Winkelabständen (A) zueinander um die Rotationsachse (R) angeordnet sind.
Scheibenbremsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bremsklotz (14) im ungebremsten Zustand in einem radialen Abstand zur Bremsscheibe (12) angeordnet ist.
Scheibenbremsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Durchmesser (D) des Scheibenelements (16) nicht größer als das Achtfache einer axialen Breite (W) des Bremsbelags (22) und insbesondere nicht größer als das Vierfache einer axialen Breite (W) des Bremsbelags (22) ist.
Scheibenbremsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bremsklotz (14) oder ein den Bremsklotz (14) tragender Bremsklotzträger (15) eine Ausnehmung (38) aufweist, in der der Bremsbelag (22) zumindest teilweise aufgenommen oder aufnehmbar ist.
Scheibenbremsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bremsklotz (14) oder ein den Bremsklotz (14) tragender Bremsklotzträger (15) mindestens einen radial vorstehenden Abschnitt (34) aufweist, der benachbart zu einer Seitenfläche (36) der Bremsscheibe (12) angeordnet oder anordenbar ist, insbesondere wobei der Bremsklotz (14) des Bremsklotzträgers (15) einen ersten radial abstehenden Abschnitt (34) und einen zweiten radial abstehenden Abschnitt (36) aufweist, die benachbart zu unterschiedlichen Seitenflächen der Bremsscheibe (12) angeordnet oder anordenbar sind.
Eine Radanordnung (11) für ein Fahrzeug, mit einer Scheibenbremsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Fahrzeugrad (13), das zumindest mittelbar mit der Bremsscheibe (12) zu einer gemeinsamen Drehung mit dieser gekoppelt ist.
Bremsscheibe (12) für eine Scheibenbremsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1-12.
Bremsklotzträger (15) zum Tragen eines Bremsklotzes (14), wobei der Bremsklotzträger (15) mindestens eines der folgenden Elemente umfasst: eine Ausnehmung (38), in der eine äußere Umfangsfläche einer Bremsscheibe (12), die durch den Bremsklotz (14) gebremst werden soll, zumindest teilweise aufnehmbar ist; und mindestens einen radial vorstehenden Abschnitt (34), der benachbart zu einer Seitenfläche (36) der Bremsscheibe (12) anordenbar ist.
Bremsklotz (14) zum Bremsen einer Bremsscheibe (12), wobei der Bremsklotz (14) mindestens eines der folgenden Elemente umfasst: eine Aussparung (38), in der eine äußere Umfangsfläche der Bremsscheibe (12) zumindest teilweise aufnehmbar ist; und mindestens einen radial vorstehenden Abschnitt (34), der benachbart zu der Seitenfläche (36) der Bremsscheibe (12) anordenbar ist.