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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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- • 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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Aus der
DE 10 2020 215 049 A1 ist ferner ein Trommelbremssystem als Be triebs- und/oder Feststellbremse bekannt. Das Trommelbremssystem umfasst einen Bremsrotor (Bremstrommel) und einen drehfest allokierten Bremsschuh, dem zumindest ein Aktuator mit einer Spreizvorrichtung zugeordnet ist, sowie einen eingefügten Bremsbelag zwischen Bremsrotor und Bremsschuh, wobei der Bremsrotor als Bremsbelagträger ausgestaltet ist, und wobei der Bremsbelag drehfest am Bremsrotor fixiert angeordnet ist.
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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 um eine Rotationsachse koppelbar oder gekoppelt ist, wobei das gebremste Element Reibbeläge aufweist, die in einem axialen Abstand zueinander angeordnet sind; und
- - eine Bremseinheit, die einen Aktuator und mindestens zwei verschiebbare Elemente umfasst, wobei die verschiebbaren Elemente (z. B. axial) zwischen den Reibbelägen angeordnet sind,
wobei der Aktuator dazu eingerichtet ist, die verschiebbaren Elemente axial voneinander weg zu bewegen, wodurch jedes verschiebbare Element in Kontakt mit einem der Reibbeläge des gebremsten Elements gebracht wird. Auf diese Weise wird ein Bremseffekt erzielt.
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Begriffe wie „axial“, „radial“ und „umlaufend“ können sich allgemein auf die Rotationsachse beziehen. Eine radiale Richtung kann in einem Winkel und insbesondere orthogonal zur Rotationsachse verlaufen, während eine Umfangsrichtung um oder um die Rotationsachse herum verlaufen kann.
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Mit der obigen Konfiguration kann eine Anordnung des gebremsten Elements ähnlich wie bei bestehenden Scheibenbremsen bereitgestellt werden. Das heißt, das gebremste Element kann sich in einem Winkel und insbesondere orthogonal zur Rotationsachse erstrecken, und die Bremsbeläge sind vorzugsweise ebenfalls axial verschiebbar. Dies unterscheidet sich von typischen Trommelbremsenkonstruktionen, bei denen die Bremsbeläge radial bewegt werden.
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Im vorliegenden Fall sind die verschiebbaren Elemente jedoch vorzugsweise axial zwischen Kontaktflächen für das gebremste Element angeordnet, wobei die Kontaktflächen durch die Reibbeläge gebildet werden. Dies unterscheidet sich von den Kontaktflächen (wie bei bestehenden Scheibenbremsen), die sich zwischen den verschiebbaren Elementen befinden. Außerdem werden die verschiebbaren Elemente beim Bremsen axial voneinander wegbewegt oder anders ausgedrückt, axial gespreizt. Dadurch können sie mit einem jeweils benachbarten oder gegenüberliegenden Reibbelag in Kontakt gebracht werden, wodurch Reibungskräfte entstehen, die eine Bremswirkung bereitstellen. Dies kann auch als Festziehen oder Verspannen der Bremseinheit innerhalb des gebremsten Elements bezeichnet werden, indem die verschiebbaren Elemente nach außen gegen die Kontaktflächen gedrückt werden.
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Ein weiterer Unterschied zu bestehenden Bremsenkonstruktionen ist die Positionierung der Reibbeläge. Diese sind vorliegend an dem zu bremsenden Bauteil angeordnet und drehen sich gemeinsam mit einem Fahrzeugrad. Die verschiebbaren Elemente, die auch als Bremsbeläge (oder genauer gesagt als Bremsbeläge ohne Reibmaterial) bezeichnet werden können, können frei von jeglichem Reibbelag sein. Sie können einteilig oder mehrteilig sein. Ihre axiale Dicke kann konstant oder variabel sein.
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Die Positionierung des Reibbelags am gebremsten Element ermöglicht eine vergrößerte Oberfläche des Reibbelags, z.B. im Vergleich zur Anordnung an herkömmlichen Bremsbelägen. So kann sich der Reibbelag beispielsweise über eine Umfangslänge erstrecken, die eine vergleichbare Abmessung von bestehenden Bremsbelägen oder Bremsbacken von Bremsanordnungen mit ähnlicher Bremsleistung übersteigt. Diese vergrößerte Oberfläche kann die Wärmeableitung verbessern und damit z. B. die thermische Verformung von Elementen der Bremsanordnung begrenzen, was andernfalls zur Geräuschentwicklung beitragen könnte.
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Außerdem kann die vergrößerte Oberfläche den lokalen Verschleiß begrenzen und so die Lebensdauer des Reibbelags erhöhen. Im Vergleich zu vorhandenen Bremsbelägen oder Bremsbacken von Bremsanordnungen mit ähnlicher Bremsleistung müssen die Reibbeläge und damit das gebremste Bauteil daher unter Umständen seltener ausgetauscht werden. Darüber hinaus können im Vergleich zu herkömmlichen Reibbelägen an verschiebbaren Bremsbelägen die vorliegenden Reibbeläge eine geringere Dicke aufweisen, z. B. von weniger als 5 mm oder weniger als 2,5 mm (z. B. zwischen 1,5 mm und bis zu 2 mm)
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Die vorgeschlagene Bremsanordnung hat auch den Vorteil, dass neue Konstruktionsparameter zur Verfügung stehen, die optimiert werden können, um bestehende Nachteile zu vermeiden. Das gebremste Element kann beispielsweise anders dimensioniert sein als bestehende einzelne Bremsscheiben und kann insbesondere axial zumindest etwas 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 z.B. der Aktuator und die verschiebbaren Elemente, zumindest teilweise von der Umgebung abgeschirmt werden, da sie innerhalb des gebremsten Elements untergebracht sind (z.B. innerhalb einer ringförmigen Ausnehmung, die von dem gebremsten Element umfasst ist). 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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Das gebremste Element kann Bremsscheibenabschnitte aufweisen, auf die weiter unten näher eingegangen wird. Diese können im Vergleich zu bestehenden Bremsscheiben leichter sein, z. B. weil das gebremste Element einen versteifenden Verbindungsteil umfasst und/oder die verschiebbaren Elemente einen größeren Anteil an der gesamten thermischen Masse einnehmen. Die Bremsscheibenabschnitte (bzw. das gebremste Element im Allgemeinen) haben aufgrund ihres geringeren Gewichts und/oder einer allgemein geringeren Wärmeabgabe (z. B. aufgrund der zumindest etwas wärmeisolierenden Reibschicht) eine geringere axiale Wärmeausdehnung. Dadurch wird das Risiko eines unerwünschten Restschleifmoments bei inaktiver Bremse verringert.
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Die Fraktionsbeläge können (z. B. ebene und/oder glatte und/oder geschlitzte) Kontaktflächen aufweisen, die einem jeweils benachbarten verschiebbaren Element zugewandt sind. Sie können ein Reibmaterial umfassen oder daraus hergestellt sein. Das Reibmaterial kann z. B. Reibfasern oder Reibpartikel (z. B. Metallpartikel) und ein Bindemittel umfassen. Dementsprechend kann das Reibmaterial eine Materialzusammensetzung mit in einem (starren) Bindemittel verteilten Partikeln und/oder Fasern sein oder diese Materialzusammensetzung umfassen. Die Reibbeläge können verschleißen, und zwar stärker als die verschiebbaren Elemente.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die verschiebbaren Elemente (z. B. zumindest ihre Kontaktflächen) ein Material, das von einem von dem Reibbelag umfassten Material verschieden ist. insbesondere kann dieses Material kein Reibmaterial sein. In einem Beispiel ist das Material, das von den verschiebbaren Elementen umfasst ist, härter und/oder verschleißfester als ein Material, das von den Reibbelägen umfasst ist. Die verschiebbaren Elemente können beispielsweise ein metallisches Material, wie Gusseisen, umfassen, um eine Wärmeabfuhr zu fördern.
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In einem Beispiel sind die Reibbeläge an Bremsscheibenabschnitten und/oder scheibenähnlichen Elementen angeordnet, die von dem gebremsten Element umfasst sind. So kann zum Beispiel jeder Bremsscheibenabschnitt einen der Reibbeläge tragen (oder mit anderen Worten: tragen). Dementsprechend kann das gebremste Element zwei Bremsscheibenabschnitte umfassen, die axial voneinander beabstandet sind. In dem (axialen) Raum zwischen den Bremsscheibenabschnitten können die verschiebbaren Elemente aufgenommen werden. In diesem Fall können die Reibbeläge an den einander zugewandten Flächen der Bremsscheibenabschnitte angeordnet sein. Das gebremste Element kann einen Verbindungsabschnitt umfassen, der die Bremsscheibenabschnitte miteinander verbindet, beispielsweise einen sich axial erstreckenden Nabenabschnitt.
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Die Bremsscheibenabschnitte können Ausnehmungen aufweisen, die sich z. B. von einer axial äußeren Fläche axial nach innen erstrecken.
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Das gebremste Element kann zusätzlich oder alternativ als ein Scheibenelement oder als ein zylindrisches Element darstellend betrachtet werden, wobei das Element z. B. eine umlaufende und/oder ringförmige Ausnehmung oder einen Schlitz aufweist, in dem die verschiebbaren Elemente positioniert sind. In diesem Fall können die Reibbeläge an den innenliegenden oder inneren Oberflächen dieser geschlitzten Scheibe oder dieses zylindrischen Elements angeordnet sein.
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Der Aktuator kann z. B. hydraulisch oder elektrisch betrieben werden. Der Aktuator kann dazu eingerichtet sein, dass er die Bremsbeläge gleichzeitig in Richtung eines jeweils gegenüberliegenden Reibbelags verschiebt. In einem Beispiel umfasst der Aktuator eine Hydraulikkammer und beide verschiebbaren Elemente sind verschiebbar, wenn in der Hydraulikkammer Druck erzeugt wird. So kann beispielsweise jedes verschiebbare Element mit einem jeweils zugeordneten Kolben gekoppelt sein, wobei der Kolben hydraulisch mit der Hydraulikkammer 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 aus der Mitte der hydraulischen Kammer axial heraus und/oder von der Mitte axial weg geschoben werden, wenn darin ein Bremsdruck aufgebaut wird.
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Der Aktuator kann ein Bremssattel sein, einen solchen darstellen oder einen solchen umfassen. Insbesondere kann es sich bei dem Bremssattel um einen Festsattel handeln, bei dem sich z. B. nur die an jedem verschiebbaren Element angebrachten Kolben relativ zu einem Sattelgehäuse bewegen. Im Gegensatz zu bestehenden Konstruktionen von Scheibenbremssätteln kann der Bremssattel im vorliegenden Fall die verschiebbaren Elemente axial voneinander weg bewegen, z. B. dadurch, dass er axial zwischen ihnen positioniert ist und seine Kolben bei einer Bremsbetätigung axial nach außen drückt. Bei einer Konfiguration als elektrischer Aktuator kann der Aktuator einen Spindelmechanismus umfassen. Auch hier kann der elektrische Aktuator so konfiguriert sein, dass er gleichzeitig das verschiebbare Element verschiebt, um Bremskräfte zu erzeugen, und/oder er kann axial zwischen diesen positioniert sein.
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Jedes verschiebbare Element kann einem jeweils benachbarten oder gegenüberliegenden Reibbelag zugewandt sein, insbesondere bei Betrachtung entlang der Rotationsachse. Andererseits können die verschiebbaren Elemente (insbesondere ihre Kontaktflächen für den Kontakt mit einem der Reibbeläge) voneinander abgewandt sein. Die verschiebbaren Elemente sind vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten des Aktuators und/oder des Bremssattels und/oder des Gehäuses angeordnet. Wenn sie auseinander bewegt werden, kann sich der axiale Abstand zwischen den verschiebbaren Elementen vergrö-ßern. Ein axialer Abstand zwischen jedem verschiebbaren Element und einem jeweils gegenüberliegenden Reibbelag kann auf Null reduziert werden, so dass ein Kontakt hergestellt wird.
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In axialer Richtung betrachtet, können die verschiebbaren Elemente in einem Raum aufgenommen sein (z. B. gebildet durch den oben erwähnten umlaufenden Schlitz oder die Ausnehmung), wobei der Raum (axial) durch die Reibbeläge begrenzt wird. Anders ausgedrückt, kann zumindest ein Teil der verschiebbaren Elemente im Inneren des gebremsten Elements angeordnet oder aufgenommen werden.
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Die Bremsanordnung ist vorzugsweise Teil einer Fahrzeugradbremse zum Abbremsen eines einzelnen Rades des Fahrzeugs. Dementsprechend kann das gebremste Element mit einer Radnabe oder einem Achsbauteil verbunden sein, das mit dem spezifischen 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, welches sie bremsen soll.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Bremsanordnung innerhalb einer Felge des zu bremsenden Rades angeordnet sein. Die radiale Abmessung kann zum Beispiel kleiner sein als die (insbesondere innere) radiale Abmessung des reifentragenden Teils der Felge. Außerdem kann sich die Bremsanordnung zumindest teilweise axial mit der Felge überlappen. Im Allgemeinen kann die Bremsanordnung zumindest teilweise in die Felge aufgenommen sein. Dies erhöht die Kompaktheit und reduziert die Platzanforderungen (anders ausgedrückt, die Verpackungsanforderungen oder die Bauraumanforderungen) der Bremsanordnung im Fahrzeug.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Reibbeläge einander zugewandt. Mit anderen Worten, sie können einander axial gegenüberliegend angeordnet sein.
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Die Reibbeläge bilden zumindest einen Teil der gegenüberliegenden Seitenflächen, wobei die Seitenflächen zu einem Raum (oder einer Ausnehmung oder einem Schlitz) gehören und/oder diesen begrenzen, in dem die verschiebbaren Elemente zumindest teilweise aufgenommen sind.
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Dementsprechend kann das gebremste Element im Allgemeinen einen Raum zur Aufnahme der verschiebbaren Elemente bereitstellen. Dieser Raum kann z. B. eine ringförmige Ausnehmung oder ein umlaufender Schlitz sein, wie oben beschrieben.
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Der Raum kann an einer radial äußeren oder oberen Seite geöffnet sein. In axialer Richtung kann er durch die Reibbeläge begrenzt werden. In Umfangsrichtung kann er durchgängig und/oder unblockiert (d. h. ringförmig) sein.
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Eine radial innere oder untere Seite (oder Bodenfläche) kann durch einen Verbindungsabschnitt des gebremsten Elements begrenzt sein, der z. B. Flächen verbindet, an denen die Reibbeläge angeordnet sind.
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Der Raum kann eine radiale Tiefe oder eine radiale Ausdehnung haben, die größer ist als die radiale Ausdehnung der verschiebbaren Elemente. Auf diese Weise können die verschiebbaren Elemente vollständig in diesem Raum angeordnet werden und/oder darin versenkt werden. Ebenso kann zumindest ein Teil des Aktuators (insbesondere ein etwaiger Bremssattel hiervon) in den Raum aufgenommen werden.
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Die axiale Breite des Zwischenraums kann so bemessen sein, dass zwischen jedem verschiebbaren Element und einem jeweils gegenüberliegenden Reibbelag ein Spalt vorhanden ist, wenn die Bremse inaktiv ist. Dies trägt zur Verringerung des Restschleifmoments bei, das andernfalls durch einen anhaltenden Kontakt zwischen den verschiebbaren Elementen und den Kontaktflächen verursacht werden könnte, obwohl die Bremse nicht aktiviert ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem Raum, insbesondere an einer Bodenfläche, die sich zwischen den Reibbelägen erstreckt, ein Bremsstaubsammler angeordnet. 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 einer 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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In einem Fall sind die verschiebbaren Elemente axial voneinander weg beweglich. Dies kann umfassen, dass die verschiebbaren Elemente entlang einer Achse beweglich sind, die parallel zur Rotationsachse verläuft. Im Allgemeinen kann die Bewegung der verschiebbaren Elemente linear sein, z. B. indem sie in einer geraden Bewegung gegen die Reibbeläge gedrückt werden.
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Das axiale Auseinanderbewegen der verschiebbaren Elemente ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen, was die Art der Bewegung anbelangt. So kann beispielsweise eine Dreh- oder Kippbewegung oder eine Bewegung jedes verschiebbaren Elements entlang einer eigenen Bewegungsachse realisiert werden. Dies kann ebenfalls dazu führen, dass sich der axiale Abstand zwischen den verschiebbaren Elementen beim Bremsen vergrößert.
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In einem Beispiel sind die verschiebbaren Elemente gegeneinander geneigt und/oder jeweils entlang einer Bewegungsachse beweglich, wobei die Bewegungsachsen der verschiebbaren Elemente relativ zueinander geneigt sind. Die Bewegungsachsen können zum Beispiel zusammen eine V-Form bilden. Dementsprechend können die verschiebbaren Elemente axial voneinander weg bewegt werden, während sich der Abstand zur Rotationsachse ändert. Der Abstand kann zum Beispiel verringert oder vergrößert werden. Die verschiebbaren Elemente können daher axial auseinandergeschoben und gleichzeitig radial abgesenkt oder angehoben werden. Die Kontaktflächen können ähnlich ausgerichtet und insbesondere geneigt sein, z. B. so, dass sie parallel zu den Kontaktflächen der verschiebbaren Elemente verlaufen. Beispielsweise können die Kontaktflächen nach innen und/oder zu ihrer jeweils gegenüberliegenden Reibfläche hin geneigt sein, was ein Biegen einschränken kann.
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Auf diese Weise können Kontaktkräfte durch die verschiebbaren Elemente nicht nur in axialer Richtung, sondern zumindest teilweise auch in einem Winkel zur Rotationsachse ausgeübt werden. Dies kann aus konstruktiver Sicht von Vorteil sein, z. B. im Hinblick auf Spannungsverteilungen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Reibbeläge jeweils von Bremsscheibenabschnitten (z.B. in Form von einzelnen Bremsscheiben) des gebremsten Elements umfasst. Beispielsweise kann ein erster Bremsscheibenabschnitt einen ersten Reibbelag und ein zweiter Bremsscheibenabschnitt einen zweiten Reibbelag aufweisen. Der erste und der zweite Reibbelag liegen einander gegenüber.
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An der jeweils anderen, axial nach außen gerichteten Fläche jedes Bremsscheibenabschnitts können keine Bremskräfte erzeugt werden. Das heißt, die innen angeordneten verschiebbaren Elemente können die einzigen verschiebbaren Elemente sein, die auf einen entsprechenden Reibbelag wirken. Anderen Ausführungsformen zufolge können jedoch zusätzliche verschiebbare Elemente vorgesehen sein, die ebenfalls auf die axial nach außen weisende Fläche von mindestens einem der Bremsscheibenabschnitte einwirken.
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Die Bremsscheibenabschnitte können gemäß 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 Rotationsachse sein.
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Generell kann vorgesehen werden, dass die Bremsscheibenabschnitte parallel zueinander verlaufen. insbesondere können sich die Bremsscheibenabschnitte jeweils orthogonal zur Rotationsachse 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 verschiebbaren Elementen 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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Zusätzlich oder alternativ kann ein radial innerer Basisbereich jedes Bremsscheibenabschnitts steifer sein als sein radial äußerer Teil. Dies kann dazu beitragen, die erhöhten Biegespannungen an der Basis auszugleichen. Die erhöhte Steifigkeit kann z. B. durch ein steiferes Material an der Basis, ein grö-ßeres Materialvolumen an der Basis und/oder eine größere axiale Breite an der Basis erreicht werden. In einem Beispiel nimmt die axiale Breite jedes Bremsscheibenabschnitts in radialer Richtung nach außen hin zu, z. B. stufenweise oder kontinuierlich.
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Die verschiebbaren Elemente können relativ zueinander beweglich sein, wobei vorzugsweise beide verschiebbaren Elemente während des Bremsvorgangs aktiv bewegt werden. Gemäß einem Beispiel ist jedes der verschiebbaren Elemente relativ zu einem Gehäuse der Bremseinheit verschiebbar. Das Gehäuse der Bremseinheit kann ein Bremssattel sein oder aus einen Bremssattel umfassen. Sie kann eine Hydraulikkammer und/oder einen Elektromotor enthalten, die dazu eingerichtet sind, dass sie Kräfte zum Bewegen der verschiebbaren Elemente erzeugen, d. h. die den Aktuator der Bremseinheit bilden oder von ihm umfasst werden. Das Gehäuse der Bremseinheit kann in demselben Raum (z. B. dem Schlitz oder der Ausnehmung) des gebremsten Elements aufgenommen werden wie die verschiebbaren Elemente. 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 verschiebbare Elemente umfasst, die auf axial äußere Kontaktflächen wirken, wie nachstehend erläutert, neben den (inneren) verschiebbaren Elementen auch andere bewegliche Teile umfassen oder mit diesen verbunden sein, um beispielsweise eine Schwimmsattelfunktion bereitzustellen.
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In einem bevorzugten Beispiel umfasst der Aktuator einen Elektromotor oder eine Hydraulikkammer. Mit Hilfe des Elektromotors und der Hydraulikkammer kann die Kraft zum Bewegen der beiden verschiebbaren Elemente erzeugt werden. Der Elektromotor oder die Hydraulikkammer kann die einzige Quelle für die Erzeugung der jeweiligen Kraft zum Bewegen der beiden verschiebbaren Elemente oder jeglicher verschiebbaren Elemente sein, wenn eine grö-ßere Anzahl von verschiebbaren Elementen vorgesehen ist.
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Der Elektromotor oder die Hydraulikkammer kann zumindest teilweise (axial) zwischen den verschiebbaren Elementen und/oder innerhalb des Raums des gebremsten Elements, der die verschiebbaren Elemente aufnimmt, angeordnet sein. 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 weiteres verschiebbares Element vorhanden, das 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 den Raum nicht begrenzen, der die inneren verschiebbaren Elemente, die auseinander bewegt werden, aufnimmt. Sie kann auf einer Rückseite oder Außenseite eines Bremsscheibenabschnitts vorgesehen sein, dessen andere Seite den Innenraum begrenzt (und z. B. einen dort angeordneten Reibbelag aufweist).
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In einem Beispiel hat das gebremste Element zwei innere Reibbeläge und zwei äußere Reibbeläge. Bei den inneren Reibbelägen kann es sich um die oben beschriebenen Reibbeläge handeln, die einen Raum zur Aufnahme der verschiebbaren Teile begrenzen. Die äußeren Reibbeläge können ähnlich wie die oben beschriebenen weiteren Reibbeläge gestaltet sein. Sie können nach au-ßen gerichtet sein. Für den Kontakt mit jedem der Reibbeläge können verschiebbare Elemente vorgesehen sein, so dass insgesamt mindestens vier verschiebbare Elemente vorhanden sein können. Die verschiebbaren Elemente, die die äußeren Reibbeläge berühren, können axial beweglich sein und sich insbesondere axial nach innen bewegen. Sie können äußere verschiebbare Elemente darstellen, während die verschiebbaren Elemente, die für den Kontakt mit den inneren Reibbelägen auseinander bewegt werden, als innere verschiebbare Elemente bezeichnet werden können.
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Vorzugsweise wird jedes der mindestens vier verschiebbaren Elemente durch denselben Aktuator bewegt. Sie können zum Beispiel mit einem gemeinsamen Elektromotor oder einer gemeinsamen Hydraulikkammer verbunden sein. In einem Beispiel ist ein Bremssattel vorgesehen, der eine Hydraulikkammer umfasst, die mit Kolben verbunden ist, die mit jedem der verschiebbaren Elemente verbunden sind. Der Bremssattel oder ein allgemeines Gehäuse der Bremseinheit kann sich in den Raum erstrecken, der die inneren verschiebbaren Elemente aufnimmt. Er kann sich auch so erstrecken, dass er mindestens einen Abschnitt aufweist, der einem der äußeren Reibbeläge gegenüberliegt und/oder diesem zugewandt ist. Vorzugsweise gibt es insgesamt zwei solcher Abschnitte, die den beiden äußeren Reibbelägen zugewandt sind.
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In jeder der Ausführungsformen mit vier verschiebbaren Elementen können zwei Paare von verschiebbaren Elementen gebildet werden, wobei jedes Paar einen der Bremsscheibenabschnitte zwischen sich einklemmt. Dazu gehört aber weiterhin, dass sich die Bremsbeläge, die die inneren Kontaktflächen berühren, axial voneinander entfernen.
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Erfindungsgemäß weisen die verschiebbaren Elemente und die Reibbeläge jeweils eine Kontaktfläche zur Kontaktierung eines jeweils anderen der verschiebbaren Elemente und der Reibbeläge auf, wobei mindestens einer der verschiebbaren Elemente und der Reibbeläge mindestens eine Ausnehmung in seiner Kontaktfläche aufweist. Die Ausnehmung kann z. B. eine lokale Delle, eine Kerbe oder einen Schlitz bilden. Wie weiter unten erläutert, kann dies die Geräuschunterdrückung verbessern.
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In einer Ausführungsform weist mindestens eines der verschiebbaren Elemente mindestens einen Hohlraum und/oder mindestens eine Ausnehmung in einem von einem jeweils benachbarten Reibbelag abgewandten Bereich (z. B. an einer Rückseite) auf. Dadurch kann das Gewicht der verschiebbaren Elemente verringert und/oder die Oberfläche der verschiebbaren Elemente vergrößert werden, was die Wärmeabfuhr fördert.
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Optional umfasst das gebremste Element mindestens eine Unterlage, auf der einer der Reibbeläge angeordnet ist. Die Unterlage kann ein Material umfassen, das sich vom Material des gebremsten Elements oder des Reibbelags unterscheidet. Die Unterlage kann im Allgemeinen weicher und/oder weniger steif sein und/oder eine höhere elastische Verformbarkeit aufweisen als das gebremste Element oder der Reibbelag. Sie kann eine Dicke von weniger als 2 mm haben, z. B. zwischen 0,3 mm und 1 mm. Die Unterlage kann als Schwingungsdämpfer wirken und so dazu beitragen, das Ausmaß der Bremsgeräusche zu reduzieren.
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Es kann vorgesehen werden, dass mindestens einer der Reibbeläge eine (z. B. durchgehende oder geschlossene) Ringform aufweist oder eine Anzahl von Ringsegmenten umfasst, die z. B. in Umfangsabständen zueinander angeordnet sind. Der Ring oder die Ringsegmente können sich um die Rotationsachse erstrecken. Der Ring oder die Ringsegmente können ebene Flächen aufweisen, die durch den Reibbelag und z. B. durch eine dem jeweils benachbarten verschiebbaren Element zugewandte Fläche gebildet werden. Die ringförmige oder ringartige Anordnung der Ringsegmente vergrößert vorteilhafterweise eine Kontaktfläche des Reibbelags.
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In einer Ausführungsform wird ein Kontakt zwischen dem Reibbelag und den verschiebbaren Elementen (insbesondere nur) in einem radial äußeren Abschnitt des gebremsten Elements gebildet, der z. B. in einem radialen Abstand zu einem Nabenabschnitt des gebremsten Elements angeordnet ist. Zum Beispiel kann es mindestens einen Abschnitt des gebremsten Elements und insbesondere von dessen optionalen Bremsscheibenabschnitten geben, der sich radial innerhalb des radial äußeren Abschnitts befindet und an dem kein entsprechender Kontakt erzeugt wird. Die Reibbeläge können nur im radial äußeren Teil vorgesehen sein. Die Erzeugung von Bremskräften in einem entsprechen radial vergrößerten Abstand zur Rotationsachse vergrößert vorteilhaft den sogenannten wirksamen Bremsradius. Dieser wirksame Bremsradius wirkt wie ein Hebelarm und erhöht so die erzeugte Bremswirkung.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsanordnung, wobei die Bremsanordnung u. a. umfasst:
- - ein gebremstes Element, das mit einem Fahrzeugrad für eine gemeinsame Drehung mit diesem um eine Rotationsachse koppelbar oder gekoppelt ist, wobei das gebremste Element Reibbeläge aufweist, die in einem axialen Abstand zueinander angeordnet sind; und
- - eine Bremseinheit, die mindestens zwei verschiebbare Elemente umfasst, wobei die verschiebbaren Elemente zwischen den Kontaktflächen angeordnet sind,
wobei das Verfahren umfasst: Bewegen der verschiebbaren Elemente axial voneinander weg, wodurch jedes verschiebbare Element in Kontakt mit einem der Reibbeläge des gebremsten Elements gebracht wird.
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Das Verfahren kann jegliche weiteren Schritte oder Maßnahmen umfassen, um alle hierin offenbarten Vorgänge und Wirkungen in Verbindung mit der Bremsanordnung bereitzustellen. Jegliche Offenbarung 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. Gleiche Merkmale können figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein.
- 1 ist eine Querschnittsansicht eines gebremsten Elements einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
- 2 ist eine Querschnittsansicht eines gebremsten Elements einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
- 3 ist eine Querschnittsansicht eines Teils eines gebremsten Elements einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
- 4 ist eine Querschnittsansicht eines Teils eines gebremsten Elements einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
- 5-6 sind Querschnittsansichten eines gebremsten Elements einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer fünften und sechsten Ausführungsform der Erfindung, wobei das gebremste Element einen Staubfänger aufweist.
- 7 ist eine Querschnittsansicht eines gebremsten Elements einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung.
- 8 ist eine Querschnittsansicht eines gebremsten Elements einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung.
- 9 ist eine Querschnittsansicht eines gebremsten Elements einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung.
- 10 ist eine Querschnittsansicht einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung.
- 11 ist eine Querschnittsansicht einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung.
- 12a-b sind Querschnittsansichten eines Teils eines gebremsten Elements einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer zwölften und dreizehnten Ausführungsform der Erfindung.
- 13a-b sind Querschnittsansichten eines Teils eines verschiebbaren Elements einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer vierzehnten und fünfzehnten Ausführungsform der Erfindung.
- 14-17 sind Querschnittsansichten eines Teils eines verschiebbaren Elements einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer sechzehnten bis zwanzigsten Ausführungsform der Erfindung.
- 18 ist eine Querschnittsansicht einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer einundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung.
- 19 ist eine Querschnittsansicht einer Bremsscheibenanordnung gemäß einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 ist eine Querschnittsansicht eines gebremsten Elements 14 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das gebremste Element 14 ist Teil einer Bremsanordnung 10 (siehe z.B. 10 und 11) zum Abbremsen eines nicht dargestellten Fahrzeugrades, dessen Position mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Dementsprechend befindet sich das Fahrzeugrad axial neben dem gebremsten Element 14 und der Bremsanordnung 10. Das Fahrzeugrad dreht sich um eine Rotationsachse R. Die Querschnittsebene von 1 (ebenso wie die Querschnittsebenen der weiteren unten erläuterten Figuren) verläuft vertikal und schließt die Rotationsachse R ein.
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Das gebremste Element 14 dreht sich gemeinsam mit dem Fahrzeugrad um die Rotationsachse R. Die Verbindung zwischen dem gebremsten Element 14 und dem Fahrzeugrad kann entsprechend den Konfigurationen bekannter Scheibenbremsen ausgebildet sein, z. B. durch Verbindung beider mit einer Radnabe und/oder mit einem gemeinsamen Achsbauteil.
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Das gebremste Element 14 hat zwei Bremsscheibenabschnitte 20. In dem gezeigten Beispiel sind diese durch einzelne Bremsscheibenelemente bereitgestellt und hiervon umfasst. Die Bremsscheibenelemente sind an einem axial verlaufenden Verbindungsabschnitt 22 befestigt. Der Verbindungsabschnitt 22 ist lediglich als Beispiel hohl und axial langgestreckt mit einem C-förmigen Querschnitt. Der Verbindungsabschnitt 22 kann auch als Nabenabschnitt bezeichnet werden. Er kann ein Achsbauteil aufnehmen und daran befestigt werden.
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Die Bremsscheibenabschnitte 20 erstrecken sich jeweils orthogonal und konzentrisch zur Rotationsachse R. Sie haben eine kreisförmige Form und können im Allgemeinen ähnlich wie bekannte Bremsscheiben gestaltet sein, z. B. in Bezug auf Material und Struktur. Die Bremsscheibenabschnitte 20 können jeweils Hohlräume 21 aufweisen, von denen nicht sämtliche mit einem eigenen Bezugszeichen versehen sind. Die Hohlräume 21 können sich lokal erstrecken, z. B. als kompakte hohle Abschnitte, oder sie können sich in Umfangsrichtung als Ringe erstrecken. Sie können zu Gewichtseinsparungen beitragen. Alternativ dazu können die Hohlräume 21 Kanäle bilden, die mit der Umgebung fluidisch verbunden sind.
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Jeder Bremsscheibenabschnitt 20 hat eine axiale Außenfläche 24 und eine axiale Innenfläche 26. Die Innenflächen 26 der Bremsscheibenabschnitte 20 sind nach innen gerichtet und stehen sich gegenüber. Die Außenflächen 24 sind nach außen und weg von der jeweiligen Innenfläche 26 jedes Bremsscheibenabschnitts 20 gerichtet.
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An jeder Innenfläche 26 ist ein Reibbelag 27 angeordnet. Die Reibbeläge 27 sind jeweils als kreisförmige Scheiben ausgebildet, die eine flache Ringform haben und sich konzentrisch um die Rotationsachse R erstrecken. Die Reibbeläge 27 bilden somit durchgehende und geschlossene Ringe mit einander zugewandten (d. h. axial nach innen gerichteten) ebenen Kontaktflächen 29. Wie durch Pfeile angedeutet, sollen die Kontaktflächen 29 jeweils von einem verschiebbaren Element 18 einer Bremseinheit 16 berührt werden, die z. B. in den 10 und 11 nachstehend beschrieben wird. Ein axialer Abstand x zwischen den Kontaktflächen 27 und damit eine axiale Breite x eines von den Bremsscheibenabschnitten 20 begrenzten Raumes 28 ist in 1 markiert Im Beispiel von 1 werden die Außenflächen 24 nicht zur Erzeugung von Bremskräften verwendet, d. h. sie umfassen keinen Reibbelag 27. Eine Ausführungsform, bei der die äußeren Kontaktflächen 24 auch zur Erzeugung von Bremskräften verwendet werden, wird weiter unten mit Bezug auf 19 beschrieben.
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Die Innenflächen 26 (und die daran befestigten Reibbeläge 27) begrenzen den 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 Reibbelägen 27 gebildet. Eine Bodenfläche 30 des Raums 28 wird durch den Verbindungsabschnitt 22 gebildet.
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Im Folgenden werden einige weitere Ausführungsformen der gebremsten Elemente 14 erörtert. Die Ausführungsform in 2 unterscheidet sich von der in 1 im Wesentlichen nur in Bezug auf den Verbindungsabschnitt 22. Dieser ist als zylindrisches, rohrförmiges Element mit im Wesentlichen konstantem Querschnitt ausgebildet und z. B. zur Aufnahme einer nicht abgebildeten Achskomponente konfiguriert.
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In 3 ist das gebremste Element 14 insbesondere im Hinblick auf den Verbindungsabschnitt 22 mit 2 vergleichbar. Zur Veranschaulichung sind nur die radialen oberen Hälften der Bremsscheibenabschnitte 20 dargestellt. Bei dieser Ausführung erstrecken sich längliche Ausnehmungen 23 (die nicht jeweils durch ein eigenes Bezugszeichen gekennzeichnet sind) von den Außenflächen 24 axial nach innen. Diese Ausnehmungen 23 tragen zur Gewichtseinsparung bei und vergrößern außerdem eine Fläche zur Abfuhr von Wärme, der das gebremste Element 14 beim Bremsen ausgesetzt ist.
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In 3 ist das gebremste Element 14 insbesondere im Hinblick auf den Verbindungsabschnitt 22 mit 1 vergleichbar. Auch hier ist das gebremste Element 14 mit länglichen Ausnehmungen 23 versehen (von denen nicht jede durch ein eigenes Bezugszeichen gekennzeichnet ist), die in ähnlicher Weise angeordnet sind und dieselbe Wirkung haben wie bei der Ausführung von 3.
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In den 5 und 6 (die nur eine radiale obere Hälfte der Bremsscheibenabschnitte 20 zeigen) sind optionale Weiterentwicklungen der Ausführungsformen der 1 und 2 dargestellt. In beiden Fällen ist ein Bremsstaubsammler 32 an der Bodenfläche 30 des Raums 28 angeordnet und/oder bildet zumindest einen Teil davon. Der Bremsstaubsammler 32 ist ein ringförmiges Element oder eine Schicht, die an einer äußeren Umfangsfläche des Verbindungsabschnitts 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 7 und 8 zeigen gebremste Bauteile 14, deren Bremsscheibenabschnitte 20 eine erhöhte radiale innere Steifigkeit aufweisen. Insbesondere die radial inneren Basisabschnitte 31, die an den Verbindungsabschnitt 22 angrenzen (z. B. in diesen übergehen oder an ihm befestigt sind), sind durch eine größere axiale Breite gekennzeichnet. In radialer Richtung nach außen nimmt diese axiale Breite ab. Im dargestellten Beispiel nimmt sie kontinuierlich ab, so dass die radial oberen und unteren Hälften jedes Bremsscheibenabschnitts 20 eine dreieckige Querschnittsform aufweisen. Auf diese Weise sind die stärker auf Biegung beanspruchten Basisabschnitte 31 ausreichend steif, während radial äußere, mechanisch weniger beanspruchte Abschnitte der Bremsscheibenabschnitte 20 leichter sind.
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8 zeigt zusätzlich eine schwingungsdämpfende Unterlage 41, die optimal zwischen jedem Reibbelag 27 und der Innenfläche 26 der Bremsscheibenabschnitte 20 angeordnet ist.
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9 zeigt als weiteres optionales Merkmal des verschiebbaren Elements 14 von 7 einen Bremsstaubsammler 32, der gleichartig zu den Ausführungsformen der 5 und 6 ist.
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Die 10 und 11 zeigen vollständige Bremsanordnungen 10 mit gebremsten Bauteilen 14 gemäß der Ausführungsform von 7. Die Bremsanordnungen 10 umfassen auch eine Bremseinheit 16. Die Bremseinheit 16 ragt zumindest teilweise in den Raum 28 hinein. Sie umfasst insbesondere verschiebbare Elemente 18, die vorzugsweise vollständig in den Raum 28 aufgenommen sind, und einen Aktuator 12 zum Verschieben der verschiebbaren Elemente 18.
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Die verschiebbaren Elemente 18 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zu den inneren Reibbelägen 27 und/oder den Bremsscheibenabschnitten 20. Die verschiebbaren Elemente 18 umfassen an ihrer dem jeweils benachbarten Reibbelag 27 zugewandten Seite jeweils aus ein anderes, z.B. härteres Material als das Reibmaterial des Reibbelags 27. Das Material kann zum Beispiel ein metallisches Material wie Gusseisen sein. Dadurch wird das Wärmedissipationspotenzial der verschiebbaren Elemente 18 erhöht. Genauer gesagt liegt eine Kontaktfläche 29 des linken verschiebbaren Elements 18 in 10 direkt neben und gegenüber dem linken Reibbelag 27, während die Kontaktfläche 29 des rechten verschiebbaren Elements 18 in 10 direkt neben und gegenüber dem Reibbelag 27 liegt.
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Die verschiebbaren Elemente 18 sind an gegenüberliegenden Seiten eines Gehäuses 34 der Bremseinheit 16 angeordnet. Das Gehäuse 34 kann einen Bremssattel bilden oder von diesem gebildet werden. insbesondere sind die verschiebbaren Elemente 18 so angeordnet, dass ihre Kontaktflächen 29 voneinander weg und einem jeweils benachbarten Reibbelag 27 zugewandt sind. Außerdem sind die verschiebbaren Elemente 18 axial voneinander beabstandet, wenn man sie entlang der Rotationsachse R betrachtet.
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10 zeigt einen aktivierten Zustand der Bremsanordnung 10. Daher besteht im Gegensatz zum inaktiven Zustand kein axialer Spalt zwischen den Kontaktflächen 29 der verschiebbaren Elemente 18 und jedem Reibbelag 27, so dass diese einander berühren, um Reibungskräfte zu erzeugen. Wenn sie aus einem inaktiven Zustand aktiviert werden, bewegen sich die verschiebbaren Elemente 18 axial voneinander weg, wie durch Pfeile in 1 angedeutet. Dadurch vergrößert sich der axiale Abstand zwischen den verschiebbaren Elementen 18 und jede Kontaktfläche 29 wird mit dem jeweils gegenüberliegenden Reibbelag 27 in Kontakt gebracht. Dadurch entstehen Reibungskräfte zwischen den Kontaktflächen 29 und den Reibbelägen 27, die eine Drehung des gebremsten Elements 14 abbremsen. Bei Deaktivierung werden die verschiebbaren Elemente 18 von einem jeweils benachbarten Reibbelag 27 abgehoben, wobei sich der axiale Abstand zwischen den verschiebbaren Elementen 18 verringert.
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In 10 weist die Bremseinheit 16, insbesondere ihr Gehäuse 34, eine Hydraulikkammer 36 auf. Die Hydraulikkammer 36 ist Teil des Aktuators 12 oder ähnelt diesem. Gemäß einer allgemein bekannten Konfiguration und wie durch einen Pfeil angedeutet, kann in der Hydraulikkammer 36 ein hydraulischer Druck aufgebaut werden, um die verschiebbaren Elemente 18 zu bewegen und so die Bremse zu aktivieren. Genauer gesagt ist jedes verschiebbare Element 18 mit einem Kolben 38 verbunden, der verschiebbar im Gehäuse 34 aufgenommen ist und in die Hydraulikkammer 36 hineinreicht. Durch die Erhöhung des Drucks in der Hydraulikkammer 36 werden die Kolben 38 axial voneinander weg bewegt und nach außen gedrückt. Beim Ablassen des Drucks in der Hydraulikkammer 36 ziehen sich die Kolben 38 und damit die verschiebbaren Elemente 18 axial zurück, so dass die Kontaktflächen 29 von dem jeweils gegenüberliegenden Reibbelag 26 abgehoben werden. 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. Ferner kann jedes dieser Elemente sowie die verschiebbaren Elemente 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 verschiebbaren Elementen 18 und den Reibbelägen 27 gebildet werden kann.
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Vorzugsweise ist diese Umfangserweiterung auf unter 180° oder unter 135° begrenzt, um die Kompaktheit zu erhöhen und Gewicht zu sparen.
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11 zeigt eine Ausführungsform ähnlich wie in 10, jedoch mit einem anderen Aktuator 12. Dieser Aktuator 12 umfasst einen Elektromotor 51. Um die verschiebbaren Elemente 18 axial zu den Reibbelägen 27 hin und von ihnen weg zu bewegen, ist der Elektromotor 51 mit jedem verschiebbaren Element 18 über eine optionale Getriebestufe oder einen Spindelmechanismus 52 verbunden.
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Die 12a und 12b zeigen jeweils eine obere Hälfte eines Bremsscheibenabschnitts 20, die das gebremste Element 14 gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst. In diesen Beispielen weisen die Kontaktflächen 29 des Reibbelags 27 eine Reihe von Ausnehmungen 53 auf. Diese können als sich in Umfangsrichtung erstreckende Ringe oder Ringsegmente ausgebildet sein. Die 12 und 13 unterscheiden sich hinsichtlich der Anzahl, der Dimensionierung und der Positionierung der Ausnehmungen 53, sind aber beide nichtbegrenzende Beispiele.
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Die 13a und 13b zeigen die verschiebbaren Elemente 18 in einem Zustand, in dem sie einen benachbarten Bremsbelag 27 berühren. Die verschiebbaren Elemente 18 weisen in ihren Kontaktflächen 29 Ausnehmungen 53 auf, wobei die 13a und 13b unterschiedliche und nicht begrenzende Anzahlen, Abmessungen und Positionen der Ausnehmungen 53 zeigen.
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Die Ausführungsformen der 12a-b und 13a-b können kombiniert werden, d. h. sowohl die Bremsbeläge 27 als auch die verschiebbaren Elemente 18 können Ausnehmungen 53 in ihren jeweiligen Kontaktflächen 29 aufweisen. Die Ausnehmungen 53 in den Bremsbelägen 27 und den verschiebbaren Elementen 29 können dazu beitragen, die Kontaktkräfte und/oder die daraus resultierenden Vibrationen zu begrenzen und so die Bremsgeräusche zu verringern. Sie können auch dazu beitragen, den Bremsstaub von der Kontaktfläche weg und z. B. radial nach innen zu einem optionalen Bremsstaubsammler 32 zu leiten.
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Die 14-17 zeigen beispielhafte Konfigurationen von verschiebbaren Elementen 18 mit Ausnehmungen 55. Die Ausnehmungen 55 sind außerhalb einer Kontaktfläche 29 der verschiebbaren Elemente 18 angeordnet, wobei die Kontaktfläche 29 einem benachbarten Reibbelag 27 zugewandt ist.
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In den 14 und 15 sind die Ausnehmungen 55 in einer der Kontaktfläche 29 gegenüberliegenden Rückseite 56 angeordnet. Die Ausnehmungen 55 in 14 haben identische Abmessungen, während diese Abmessungen in 15 variieren. In 16 sind die Ausnehmungen 55 (zusätzlich oder alternativ) in den Umfangsflächen 58 der dargestellten verschiebbaren Elemente 18 angeordnet, z. B. an einer radial oberen oder unteren Fläche. Die Ausnehmungen 55 tragen dazu bei, Gewicht zu sparen und die Wärmeabfuhr zu erhöhen.
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18 zeigt eine Bremsanordnung ähnlich wie in 10. In diesem Fall wird ein Kontakt zwischen den Reibbelägen 27 und den verschiebbaren Elementen 18 nur in einem radialen Abstand oder, mit anderen Worten, in einem radialen Versatz zu dem Verbindungsabschnitt 22 (und/oder dem Basisabschnitt 31) hergestellt. Anders ausgedrückt, wird sie nur in einem radial äußeren Teil oder Spitzenabschnitt der Bremsscheibenabschnitte 20 erzeugt. Dadurch wird der effektive Bremsradius vergrößert. In 18 wird dies dadurch erreicht, dass die Reibbeläge 27 und die Bremseinheit 16 in dem genannten radial äußeren Abschnitt angeordnet sind. Die Reibbeläge 27 können sich also nicht, wie dargestellt, über die gesamten Innenflächen 26 der Bremsscheibenabschnitte 20 erstrecken, sondern können nur im radial äußeren Bereich vorgesehen sein. Das spart Kosten und Gewicht.
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19 zeigt eine Bremsanordnung 10 gemäß einer anderen Ausführungsform. In diesem Fall werden die äußeren Kontaktflächen 24 der Bremsscheibenabschnitte 20 ebenfalls von je einem verschiebbaren Element 18 kontaktiert, um zusätzliche Bremskräfte zu erzeugen.
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Dementsprechend umfasst die Bremseinheit 16 auch zwei äußere verschiebbare Elemente 18, die jeweils an eine der Außenflächen 24 angrenzen. An den Außenflächen 24 ist ähnlich wie an den Innenflächen 26 ein Reibbelag 27 angeordnet. Im gezeigten Beispiel sind diese verschiebbaren Elemente 18 ähnlich wie die inneren verschiebbaren Elemente 18 gestaltet, die im Umfangsraum 28 des gebremsten Elements 14 angeordnet sind.
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Das Gehäuse 34 der Bremseinheit 16 hat axial äußere Abschnitte 35, die den Außenflächen 24 zugewandt sind. Die axial äußeren Abschnitte 35 sind im Vergleich zu den Außenflächen 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 angeordnetes verschiebbares Element 18 in ähnlicher Weise verschoben werden kann, wie oben z. B. mit Bezug auf die 10 und 11 beschrieben. Um dies zu erreichen, erstreckt sich die hydraulische Kammer 36 auch in die axial äußeren Abschnitte 35. Die inneren verschiebbaren Elemente 18 sind im Allgemeinen ähnlich konfiguriert und werden ähnliche verschoben wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen.
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Zur Erzeugung von Bremskräften wird in der Hydraulikkammer 36 ein hydraulischer Druck aufgebaut, durch den alle vier verschiebbaren Elemente 18 gleichzeitig in Richtung ihres jeweils gegenüberliegenden Reibbelags 27 verschoben werden. Somit reicht ein einziger Aktuator 12 umfassend die Hydraulikkammer 36 aus, um die Bremsfunktion zu aktivieren.
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Liste der Bezugszeichen
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- 1
- Position des Fahrzeugrads
- 10
- Bremsanordnung
- 12
- Aktuator
- 14
- gebremstes Element
- 16
- Bremseinheit
- 18
- verschiebbares Element
- 20
- Bremsscheibenabschnitt
- 21
- Hohlraum
- 22
- Verbindungsabschnitt
- 23
- Ausnehmung
- 24
- Außenfläche
- 26
- Innenfläche
- 27
- Bremsbelag
- 28
- Raum
- 29
- Kontaktfläche
- 30
- Unterseite
- 31
- Basisabschnitt
- 32
- Bremsstaubsammler
- 34
- Gehäuse
- 36
- Hydraulikkammer
- 38
- Kolben
- 41
- Unterlage
- 51
- Elektromotor
- 52
- Spindelmechanismus
- 53
- Ausnehmung
- 55
- Ausnehmung
- 56
- Rückseite
- 58
- Umfangsfläche
- R
- Rotationsachse
- X
- axiale Breite
