Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Bremse, insbesondere eine Scheibenbremse, mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Es sind Scheibenbremsen zu einer insbesondere elektromechanischen
Betätigung bekannt, die zur Erzielung einer Selbstverstärkung einen
Keilmechanismus aufweisen. Die bekannten Scheibenbremsen weisen eine
Bremsscheibe als Bremskörper und einen Reibbremsbelag auf, der in etwa
parallel zu einer Sekante der Bremsscheibe verschiebbar ist. Der
Reibbremsbelag weist einen Keil auf, über den er sich an einer Abstützung
abstützt, die in einem Winkel zur Bremsscheibe verläuft. Zur Betätigung der
Scheibenbremse wird der Reibbremsbelag mit dem Keil in Richtung eines enger
werdenden, auch Keilspalt genannten Zwischenraums zwischen der Abstützung
und der Bremsscheibe verschoben. Dabei wird der Reibbremsbelag von der
Abstützung an die Bremsscheibe gedrückt und bremst diese. Die drehende
Bremsscheibe übt eine Reibungskraft auf den Reibbremsbelag aus, die den
Reibbremsbelag in Richtung des enger werdenden Zwischenraums zwischen der
Abstützung und der Bremsscheibe beaufschlagt. Die von der drehenden
Bremsscheibe auf den angedrückten Reibbremsbelag ausgeübte Reibungskraft
erhöht die Andruckkraft des Reibbremsbelags an die Bremsscheibe, es wird eine
Bremskraftverstärkung erreicht. Die Höhe der Bremskraftverstärkung ist abhängig
vom Winkel zwischen der Abstützung und der Bremsscheibe und von einem
Reibwert µ. Der Reibwert µ, ist der Faktor von Reibungskraft zu Andruckkraft des
Reibbremsbelags an die Bremsscheibe. Er schwankt im Betrieb und kann mit
etwa 0,2 . . . 0,6 angenommen werden.
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Bei bekannten Scheibenbremsen mit Selbstverstärkung wird der Winkel zwischen
der Abstützung und der Bremsscheibe so groß gewählt, dass bei maximalem
Reibwert eine Blockieren der Bremsscheibe vermieden wird. Da der Reibwert µ
im Betrieb meist in einem Mittelbereich zwischen seinem Minimal- und
Maximalwert liegt, also um ungefähr 0,4, wird eine maximal mögliche
Selbstverstärkung meistens nicht ausgenutzt.
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Um die Selbstverstärkung bei schwankendem Reibwert besser auszunutzen ist in
der DE 100 46 177 A1 vorgeschlagen worden, die Abstützung des
Reibbremsbelags verstellbar auszubilden. Dadurch ist eine Einstellung des
Winkels zwischen der Abstützung und der Bremsscheibe und dadurch eine
Einstellung der Selbstverstärkung möglich. Von Nachteil ist der konstruktive
Aufwand für die Verstellung der Abstützung.
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Erläuterung und Vorteile der Erfindung
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Grundgedanke der Erfindung ist es, die Abstützung einer Bremse, insbesondere
einer Scheibenbremse der Eingangs erläuterten Art so zu formen, dass die
Selbstverstärkung besser ausgenutzt wird. Dies wird mit einer nicht verstellbaren
Abstützung erreicht. Die erfindungsgemäße Bremse mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 weist eine Abstützung mit mindestens zwei in Verschieberichtung
des Reibbremsbelags aneinander anschließenden Bereichen auf. In einem
nachfolgend als ersten Bereich bezeichneten Bereich der Abstützung gilt für den
Winkel α zwischen der Abstützung und einem zu bremsenden Bremskörper,
beispielsweise einer Bremsscheibe: α ≥ arctan µmax, wobei µmax der größte im
Betrieb auftretende Reibwert ist. Dieser Bereich endet wenn die Reibungskraft FR
zwischen dem Reibbremsbelag und der Bremsscheibe bei maximalem Reibwert
µmax einen Maximalwert FR_max erreicht. Die maximale Reibungskraft FR_max wird
fest vorgegeben, es ist beispielsweise die Reibungskraft, die notwendig ist, um
ein Fahrzeugrad bei optimal griffigen Straßenbedingungen zum Blockieren zu
bringen. Im Grenzfall α = arctan µmax ist der Winkel α zwischen der Abstützung
und dem Bremskörper im ersten Bereich konstant, die Abstützung also gerade.
Am Endpunkt des ersten Bereichs gilt immer der Grenzfall α = arctan µmax. Davor
kann der Winkel α auch größer und die Selbstverstärkung infolgedessen kleiner
sein.
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Im an den ersten Bereich anschließenden, nachfolgend zweiten Bereich
genannte Bereich der Abstützung gilt für den Winkel α zwischen der Abstützung
und dem Bremskörper: α = arctan µ, wobei der Reibwert µ im Verlauf des zweiten
Bereichs der Abstützung vom Maximalwert µmax am Anfang des zweiten Bereichs
auf den Minimalwert µmin am Ende des zweiten Bereichs abnimmt.
Selbstverständlich kann der Reibwert µ nicht gewählt werden, sondern er ist
durch die herrschenden Bedingungen gegeben. Lediglich zur Festlegung der
Form der Abstützung im Verlauf des zweiten Bereichs, also zur Berechnung des
Winkels α zwischen der Abstützung und dem Bremskörper an jeder Stelle des
zweiten Bereichs der Abstützung wird ein Reibwert µ angenommen, der im
Verlauf des zweiten Bereichs der Abstützung vom Maximalwert µmax am Anfang
des zweiten Bereichs auf den Minimalwert µmin am Ende des zweiten Bereichs
fällt. Dabei wird der Winkel α an jeder Stelle des zweiten Bereichs der Abstützung
unter der Annahme berechnet, die Reibungskraft FR zwischen dem
Reibbremsbelag und dem Bremskörper Weise den Maximalwert FR_max auf. Im
Verlauf des zweiten Bereichs der Abstützung wird der Winkel α zwischen der
Abstützung und dem Bremskörper also stetig kleiner. Der zweite Bereich endet
beim minimalen Reibwert µmin. Zum Abschluss kann eine
Verschiebewegbegrenzung für den Reibbremsbelag oder ein wieder größer werdender Winkel α
vorgesehen sein. Um ein Blockieren des Bremskörpers zu vermeiden kann
anstelle des Reibwerts µ die Summe aus dem Reibwert µ und einem
Sicherheitszuschlag S gewählt werden.
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Die Wirkung der erfindungsgemäß geformten Abstützung erschließt sich durch
folgende Überlegungen: Hat der Reibwert bei Betätigung der Bremse den
Maximalwert µmax, so wird der Reibbremsbelag im ersten Bereich der Abstützung
verschoben, wobei der Verschiebeweg x abhängig von der gewünschten
Reibungskraft FR zwischen Reibbremsbelag und Bremskörper, d. h. von der
gewünschten Bremskraft ist. Eine zum Verschieben des Reibbremsbelags
erforderliche Betätigungskraft Fapp ist im Grenzfall α = arctan µmax aufgrund der
gewählten Bedingung immer Null! D. h. zur Betätigung der Bremse ist keine Kraft
oder Energie erforderlich, die Höhe der Reibungskraft wird durch den
Verschiebeweg x des Reibbremsbelags bestimmt. Am Endpunkt des ersten
Bereichs der Abstützung wird die maximale Reibungskraft FR_max erreicht. Um ein
Blockieren der Bremsscheibe zu vermeiden, kann wie oben ausgeführt ein
Sicherheitszuschlag S zum Reibwert µ addiert werden, der Winkel α wird dadurch
größer, die Selbstverstärkung kleiner und es ist eine von der Höhe des
Sicherheitszuschlags S abhängige Betätigungskraft Fapp erforderlich. Wichtig ist
noch zu bedenken, dass bei maximalem Reibwert µmax der erste Bereich der
Abstützung nicht verlassen wird, da der Reibbremsbelag nur bis zum Erreichen
der maximalen Reibungskraft FR_max am Ende des ersten Bereichs verschoben
wird. Solange also der Reibwert µ den Maximalwert µmax aufweist gelangt der
Reibbremsbelag nicht in den zweiten Bereich der Abstützung, in dem der Winkel
α kleiner und die Selbstverstärkung größer ist. Ein Blockieren der Bremse tritt
deswegen nicht auf.
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Ist der Reibwert µ kleiner als der Maximalwert µmax wird zum Erreichen einer
hohen Reibungskraft FR der Reibbremsbelag bis in den zweiten Bereich der
Abstützung verschoben. Auch hier gilt für den jeweils herrschenden Reibwert µ,
dass der Reibbremsbelag höchstens soweit in den zweiten Bereich der
Abstützung verschoben wird, dass die Reibungskraft FR den Maximalwert FR_max
erreicht. An dieser Stelle der Abstützung gilt beim jeweils herrschenden Reibwert
µ, dass die Selbstverstärkung ihren Maximalwert erreicht und die Betätigungskraft
Fapp Null wird. Ist die gewünschte Reibungskraft FR geringer, ist der
Verschiebeweg x kürzer und der Reibbremsbelag befindet sich an einer Stelle der
Abstützung, an der der Winkel α größer, die Selbstverstärkung also kleiner ist.
Zum Aufbringen der Reibungskraft FR ist eine Betätigungskraft Fapp erforderlich,
die Gefahr eines Blockierens der Bremsscheibe besteht nicht. Zur Betätigung der
erfindungsgemäßen Bremse ist, sofern der Reibwert µ kleiner als sein
Maximalwert µmax ist, eine Betätigungskraft Fapp aufzubringen, die im ersten
Bereich der Abstützung mit zunehmender Reibungskraft FR ansteigt und im
zweiten Bereich der Abstützung wieder abnimmt. Im Grenzfall, also ohne
Sicherheitszuschlag S nimmt die Betätigungskraft Fapp bis auf Null bei Erreichen
der maximalen Reibungskraft FR_max ab. Die in diesem Absatz angestellten
Überlegungen gelten für den gesamten Reibwertbereich µmax bis µmin.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Betätigungskraft Fapp verringert ist. Die
maximale Betätigungskraft Fapp wird erreicht, wenn sich der Reibbremsbelag am
Ende des ersten Bereichs der Abstützung befindet und der Reibwert µ den
Minimalwert µmin aufweist. Im Vergleich mit einer Scheibenbremse, deren
Abstützung gerade, also ein Keil ist und einen konstanten Winkel α über ihre
gesamte Länge aufweist und unter der Annahme, dass der Reibwert µ um den
Faktor 3, also beispielsweise von µmin = 0,2 bis µmax = 0,6 schwanken kann, ist
die maximal notwendige Betätigungskraft Fapp_max der erfindungsgemäßen
Bremse auf ein Drittel reduziert. Bei einer geraden Abstützung wird die maximale
Betätigungskraft bei maximaler Reibungskraft und minimalem Reibwert erreicht.
Die Erfindung verbessert die Nutzung des Selbstverstärkungseffekts. Dazu ist
kein konstruktiver Aufwand wie beispielsweise eine Verstellung des Winkels α der
Abstützung notwendig.
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Zu Bedenken ist auch, dass sich die Andruckkraft des Reibbremsbelags an den
Bremskörper in Abhängigkeit vom Verschiebweg des Reibbremsbelags einstellt.
Sie ist abhängig von einer Steifigkeit oder Aufweitung eines Bremssattels
einschließlich beispielsweise einer Steifigkeit der Reibbremsbeläge. Es stellt sich
also bei einem bestimmten Verschiebeweg x des Reibbremsbelags eine
bestimmte Andruckkraft des Reibbremsbelags an den Bremskörper ein. Die zu
dieser Verschiebung notwendige Betätigungskraft ist außer vom Winkel α
zwischen der Abstützung und dem Bremskörper auch vom Reibwert µ abhängig.
Es stellt sich also nicht bei einer bestimmten Betätigungskraft Fapp eine bestimmte
Reibungskraft FR ein, sondern ein bestimmter Verschiebeweg x des
Reibbremsbelags bewirkt eine bestimmte Andruckkraft des Reibbremsbelags an
den Bremskörper, die wiederum über den gegebenen und sich ggf. ändernden
Reibwert µ eine Reibungskraft FR zwischen dem Reibbremsbelag und der
Bremsscheibe bewirkt. Die zu dieser Verschiebung des Reibbremsbelags
erforderliche Betätigungskraft Fapp ist außer vom Winkel α zwischen der
Abstützung und dem Bremskörper an der jeweiligen Stelle der Abstützung vom
Reibwert µ abhängig. Da die vorstehende Überlegung ergibt, dass die
Federsteifigkeit des Bremssattels einschließlich der Reibbremsbeläge die
Andruckkraft und über diese die Reibungskraft und die Betätigungskraft
beeinflusst, ist die Form der Abstützung vom jeweiligen Bremssattel abhängig.
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Die Erfindung ist vorstehend mit Blick auf eine Scheibenbremse erläutert worden,
weil sie sich am Beispiel einer Scheibenbremse vergleichsweise anschaulich
darstellen lässt und weil eine Scheibenbremse eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist. Trotzdem ist die Erfindung nicht auf diese Bremsenbauform
beschränkt, sondern grundsätzlich auf beliebige Reibungsbremsen anwendbar.
Außer auf sog. Klaue-Bremsen (eine Art Innen- oder Doppelscheibenbremse,
deren Bremsscheibe am Umfang U-förmig nach innen umgeformt ist und deren
Reibbremsbeläge zum Bremsen von Innen gegen den U-förmigen Umfangsrand
gedrückt werden) lässt sich die Erfindung beispielsweise auch bei einer
Trommelbremse verwirklichen. Der Bremskörper der Bremse ist bei einer
Scheibenbremse eine Bremsscheibe, bei einer Trommelbremse eine
Bremstrommel. Im Vergleich mit einer Scheibenbremse muss man sich bei einer
Trommelbremse die Abstützung zusätzlich zu ihrer vorstehend erläuterten Form
um den Radius der Bremstrommel gekrümmt vorstellen. Die Verschiebung des
Reibbremsbelags (Bremsbacke der Trommelbremse) zum Betätigen der Bremse
erfolgt bogenförmig in Umfangsrichtung der Bremstrommel.
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Zu ergänzen ist, dass die Abstützung nicht orts- bzw. bremssattelfest sein muss,
sondern auch Teil des Reibbremsbelags bzw. mit diesem verbunden sein kann.
In diesem Fall stützt sich der Reibbremsbelag über die Abstützung beispielsweise
an einem orts- bzw. bremssattelfesten Widerlager ab.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 2 sieht vor, den Winkel α
zwischen der Abstützung und dem Bremskörper im zweiten Bereich der
Abstützung größer als den Grenzfall α = arctan µ zu wählen, nämlich so groß,
dass im zweiten Bereich der Abstützung die Betätigungskraft Fapp konstant bleibt
oder geringfügig ansteigt. Diese Ausgestaltung der Erfindung vereinfacht die
Regelung der Reibungskraft FR der Bremse. Außerdem verkürzt sich eine Länge
der Abstützung in Verschieberichtung des Reibbremsbelags und ein
Verschiebeweg x des Reibbremsbelags, eine Verstellzeit verkürzt sich. Dabei ist
die maximal notwendige Betätigungskraft Fapp_max nicht oder nur geringfügig
erhöht.
Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Als Ausführungsbeispiel ist eine
Scheibenbremse gewählt worden, die Erfindung soll dadurch allerdings nicht auf
Scheibenbremsen beschränkt werden. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen
Scheibenbremse, zu deren Erläuterung;
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Fig. 2 den Verlauf einer Abstützung der Scheibenbremse aus Fig. 1 in
einem Koordinatendiagramm;
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Fig. 3 ein zu Fig. 2 gehöriges Kraftverlaufsdiagramm;
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Fig. 4 einen zweiten Verlauf der Abstützung der Scheibenbremse aus
Fig. 1;
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Fig. 5 ein zu Fig. 4 zugehöriges Kraftverlaufsdiagramm;
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Fig. 6 eine vereinfachte Darstellung einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Scheibenbremse; und
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Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung einer Form der Abstützung der
Scheibenbremse aus Fig. 1 und 6.
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Die Figuren sind nicht maßstäblich, die Abstützung in Fig. 1 und 7 und die
Diagramme der Fig. 2 bis 5 sind stark vergrößert dargestellt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die in Fig. 1 schematisch dargestellte, erfindungsgemäße Scheibenbremse 10
weist eine Bremsscheibe 12 als Bremskörper und einen Reibbremsbelag 14 auf.
Der Reibbremsbelag 14 stützt sich an einer Abstützung 16 ab, die in einem
Winkel α schräg zur Bremsscheibe 12 verläuft. Der Winkel α ist in einem ersten
Bereich I der Abstützung 16 konstant, die Abstützung 16 bildet im Bereich I einen
Keil. In einem anschließenden Bereich II verläuft die Abstützung 16 gekrümmt mit
zunehmend spitzer werdendem Winkel α zur Bremsscheibe 12. Ein Übergang
vom Bereich I zum Bereich II ist stetig, der Winkel α ist am Beginn des Bereichs II
gleich dem Winkel α des Bereichs I.
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Zur Betätigung der Scheibenbremse 10 wird der Reibbremsbelag 14 in einer
Drehrichtung n der Bremsscheibe 12 verschoben. Die Verschieberichtung des
Reibbremsbelags 14 ist mit x bezeichnet. Zum Verschieben des
Reibbremsbelags 14 ist eine Betätigungskraft Fapp in der Verschieberichtung x auf
den Reibbremsbelag 14 auszuüben. Da die Abstützung 16 im Winkel α schräg
zur Bremsscheibe 12 verläuft bewegt sich der Reibbremsbelag 14 durch die
Verschiebung quer zur Bremsscheibe 12 auf diese zu bzw. der Reibbremsbelag
14 drückt die Abstützung 16 von der Bremsscheibe 12 ab. Die Querverschiebung
des Reibbremsbelags 14 ist in Fig. 1 mit y bezeichnet. Durch die Verschiebung
des Reibbremsbelags 14 parallel zur Bremsscheibe 12 wird der Reibbremsbelag
14 also quer zur Bremsscheibe 12 verschoben und mit einer Normalkraft FN an
die Bremsscheibe 12 angedrückt. Dies bewirkt eine Reibung FR zwischen der
Bremsscheibe 12 und dem Reibbremsbelag 14 parallel zur Bremsscheibe 12. Die
Reibungskraft FR ist das Produkt aus Reibwert µ, der im Betrieb zwischen etwa
0,2 und 0,6 schwanken kann, und der Normalkraft FN.
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In Fig. 1 ist oberhalb der Abstützung 16 eine Feder 18 dargestellt, über die sich
die Abstützung 16 in einem Bremssattel 20 abstützt. In der tatsächlichen
Ausführung der Scheibenbremse 10 ist keine solche Feder 18 vorhanden, die
Feder 18 soll eine Elastizität der Scheibenbremse 10, insbesondere eine
elastische Aufweitung des Bremssattels 20, ein elastisches Zusammendrücken
des Reibbremsbelags 14 und etwaige sonstige Elastizitäten symbolisieren.
Solche in der Praxis nicht vermeidbare Elastizitäten können für eine theoretische
Betrachtung als durch die Feder 18 mit der Federsteifigkeit C ersetzt
angenommen und der Bremssattel 20 als starr betrachtet werden. In
Verschieberichtung x stützt sich die Abstützung 16 reibungsarm mit Walzen 22
am Bremssattel 20 ab.
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Die Normalkraft FN mit der der Reibbremsbelag 14 gegen die Bremsscheibe 12
gedrückt wird ist gleich dem Produkt aus Aufweitung des Bremssattels 20 und der
Federsteifigkeit C der Feder 18, wobei Aufweitung des Bremssattels 20 mit der
Querverschiebung y des Reibbremsbelags 14 gleichgesetzt werden kann, mit
dem Nullpunkt der Querverschiebung y an der Stelle, an der der Reibbremsbelag
14 gerade an der Bremsscheibe 12 zur Anlage kommt.
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Die Reibungskraft FR zwischen dem Reibbremsbelag 14 und der Bremsscheibe
12 bremst zum einen die Bremsscheibe 12. Zum anderen verringert die
Reibungskraft FR, die in Richtung der Betätigungskraft Fapp auf den
Reibbremsbelag 14 wirkt, die zum Verschieben des Reibbremsbelags 14
erforderliche Betätigungskraft Fapp. Die Reibungskraft FR bewirkt eine
Selbstverstärkung der Scheibenbremse 10, wobei die Selbstverstärkung
insbesondere vom Winkel α zwischen der Abstützung 16 und der Bremsscheibe
12 und vom Reibwert µ zwischen dem Reibbremsbelag 14 und der Bremsscheibe
12 abhängt. Dabei ändert sich der Winkel α im Bereich II der Abstützung 16 mit
zunehmender Verschiebung des Reibbremsbelags 14 und der Reibwert µ kann
sich im Betrieb ändern.
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Grundgedanke der Erfindung ist, die Abstützung 16 im Bereich II so auszubilden,
dass bei Erreichen einer vorzugebenden maximalen Reibungskraft FR_max die
Betätigungskraft Fapp Null wird. Es ergibt sich der in Fig. 2 vergrößert und nicht
maßstäblich dargestellte Verlauf der Abstützung 16. In Fig. 3 sind ausgewählte
Verläufe der Betätigungskraft Fapp für ausgewählte Reibwerte µ dargestellt. Die
Erfindung wird klar, wenn man sich die Verschiebung des Reibbremsbelags 14,
die dazu erforderliche Betätigungskraft Fapp und die dadurch erzielte
Reibungskraft FR bei ausgewählten Reibwerten µ klarmacht. Als maximale
Reibungskraft FR_max wird beispielsweise die Reibungskraft gewählt, die
erforderlich ist, um ein Fahrzeugrad bei optimal griffigen Straßenbedingungen
zum Blockieren zu bringen. Weist der Reibwert µ zwischen dem Reibbremsbelag
14 und der Bremsscheibe 12 seinen kleinsten Wert µmin auf, muss der
Reibbremsbelag 14 soweit in x-Richtung verschoben werden, dass die
Reibungskraft FR den vorgegebenen Maximalwert FR_max erreicht. Dies ist der
Endpunkt der Abstützung 16 bzw. ihres Bereichs II und die maximale
Verschiebung des Reibbremsbelags 14. An dieser Stelle der Abstützung 16 gilt
für den Winkel α zwischen der Abstützung 16 und der Bremsscheibe 12:
α = arctan µmin. Die Selbstverstärkung der Scheibenbremse 10 ist so groß, dass
die Betätigungskraft Fapp bei Erreichen der maximalen Reibungskraft FR_max Null
wird. Für eine geringere Reibungskraft FR ist die Verschiebung des
Reibbremsbelags 14 kleiner. Der Verlauf der Betätigungskraft Fapp bei minimalem
Reibwert µmin ist in Fig. 3 mit µmin bezeichnet. Es zeigt sich, dass die
Betätigungskraft Fapp von Null beginnend gerade bis zum Ende des Bereichs I der
Abstützung 16 ansteigt und im Bereich II degressiv auf Null bei Erreichen der
maximalen Reibungskraft FR_max fällt. Zum Vergleich ist in Fig. 3 mit einer
Strichlinie der Verlauf der Betätigungskraft Fapp bei einer geraden Abstützung mit
konstantem Winkel α über ihre gesamte Länge, also bei einem Keil als
Abstützung dargestellt. Die Gerade ist mit "Keil" bezeichnet und es ist der
angenommene Reibwert (µmin) angegeben. Es zeigt sich, dass die Verschiebung
des Reibbremsbelags 14 zum Erreichen der maximalen Reibungskraft FR_max
verkürzt ist, die zum Erreichen der maximalen Reibungskraft FR_max erforderliche
Betätigungskraft Fapp_max ist allerdings dreimal so groß wie bei der
erfindungsgemäßen Scheibenbremse 10 ist. Der Faktor 3 ergibt sich bei einem
Verhältnis des maximalen zum minimalen Reibwert µmax/µmin von 3, da ein Keil
für den maximalen Reibwert µmax ausgelegt werden muss um ein Blockieren der
Scheibenbremse 10 zu vermeiden.
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Weist der Reibwert µ seinen größten Wert µmax auf, ist die Betätigungskraft Fapp
stets Null. Diese Kurve (Gerade) ist in Fig. 3 mit µmax bezeichnet. Die
Verschiebung des Reibbremsbelags 14 endet, wenn die Reibungskraft FR den
vorgegebenen maximalen Wert FR_max erreicht. Dies ist am Ende des Bereichs I
der Abstützung 16 der Fall. Daraus wird auch klar, dass ein Blockieren der
Scheibenbremse 10 nicht eintritt, da der Reibbremsbelag 14 bei maximalem
Reibwert µmax nicht in den Bereich II der Abstützung 16 verschoben wird, wo der
Winkel α kleiner und die Selbstverstärkung infolgedessen größer ist. Liegt der
Reibwert µ zwischen den beiden Extremwerten µmax und µmin, ergibt sich ein
Verlauf der Betätigungskraft Fapp zwischen den beiden erläuterten Extremen.
Beispielhaft ist ein solcher Verlauf mit einer Punktlinie in Fig. 3 dargestellt und
mit µ bezeichnet. Auch hier tritt kein Blockieren der Scheibenbremse 10 auf, da
die Verschiebung des Reibbremsbelags 14 bei Erreichen der vorgegebenen
maximalen Reibungskraft FR_max, also an der Grenze zum Selbstblockieren,
endet. Für die Form der Abstützung 16 im Bereich II gilt die Bedingung:
α = arctan µ, wobei µ = µmax . . . µmin und α abhängig vom Verschiebeweg x ist
(α = f(x)). Da die Reibungskraft FR von der Normalkraft FN abhängig ist, mit der
der Reibbremsbelag 14 gegen die Bremsscheibe 12 gedrückt wird, und die
Normalkraft FN abhängig von der Steifigkeit C des Bremssattels 20 und des
Reibbremsbelags 14 ist, ist die Form der Abstützung 16 für verschiedene
Scheibenbremsen 10 mit verschiedenen Bremssätteln 20 und Reibbremsbelägen
14 unterschiedlich. Um ein Blockieren der Scheibenbremse 10 sicher zu
vermeiden kann der Winkel α zwischen der Abstützung 16 und der Bremsscheibe
12 größer als vorstehend erläutert gewählt werden. Dies kann beispielsweise
durch einen Sicherheitszuschlag S erfolgen, der zum Reibwert µ addiert wird:
(α = arctan (µ + S)).
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Im Bereich I der Abstützung 16 gilt: α = arctan µmax, die Abstützung 16 ist im
Bereich I ein Keil, der Winkel α konstant. Im Bereich I der Abstützung 16 kann mit
Ausnahme des Endpunkts der Winkel α auch größer als arctan µmax sein, die
Abstützung 16 im Bereich I also ebenfalls als Kurve ausgebildet sein.
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Fig. 4 zeigt einen anderen Verlauf der Abstützung 16 als Fig. 2. Hier ist die
Abstützung 16 im Bereich II so geformt, dass die Betätigungskraft Fapp bis zum
Erreichen der maximalen Reibungskraft FR_max konstant bleibt oder der besseren
Regelbarkeit wegen geringfügig ansteigt. Die zugehörigen Verläufe der
Betätigungskraft Fapp sind für unterschiedliche Reibwerte µmin, µmax, µ in Fig. 5
dargestellt. Die Abstützung 16 ist im Bereich II stärker gekrümmt, der
Verschiebeweg des Reibbremsbelags 14 ist etwas kürzer. Die Maximale
Betätigungskraft Fapp_max, die bei minimalem Reibwert µmin aufzubringen ist, ist
gleich groß wie in Fig. 2 und 3 vorausgesetzt die Abstützung 16 ist im Bereich
II so ausgebildet, dass die Betätigungskraft Fapp konstant bleibt. Steigt die
Betätigungskraft Fapp im Bereich II an, ist die maximale Betätigungskraft Fapp_max
etwas größer als in Fig. 2 und 3.
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Fig. 6 zeigt eine schematisierte und vereinfachte Darstellung einer
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse 10. In einem
Bremssattel 20 liegen zwei Reibbremsbeläge 14, 24, ein, deren einer
Reibbremsbelag 14 in Richtung einer Bremsscheibe 12 verschieblich und deren
anderer 24 unverschieblich ist. Zum Verschieben des Reibbremsbelags 14 ist ein
Elektromotor 26 vorgesehen, der den Reibbremsbelag 14 beispielsweise über
einen Spindeltrieb 28 verschiebt. Der Spindeltrieb 28 ist in Fig. 6 symbolisch als
Spindel dargestellt. Der verschiebliche Reibbremsbelag 14 stützt sich über Rollen
30 an Abstützungen 16 des Bremssattels 20 ab. Die Abstützungen 16 sind
übereinstimmend geformt, sie sind wie vorstehend zu Fig. 1 bis 5 erläutert
ausgebildet. Der Verlauf einer der beiden Abstützungen 16 ist in Fig. 7 stark
vergrößert und nicht maßstabsgetreu dargestellt. Die Abstützungen 16 der
Scheibenbremse 10 sind spiegelbildlich ausgeführt. Die Scheibenbremse 10 ist
dadurch für beide Drehrichtungen der Bremsscheibe 12 gleichermaßen geeignet,
der Reibbremsbelag 14 wird stets in der tatsächlichen Drehrichtung der
Bremsscheibe 12 verschoben. Vor dem Bereich I weist die Abstützung 16 einen
mit 0 bezeichneten Bereich mit großem Winkel α auf. In diesem Bereich 0 wird
ein Luftspiel, also ein Spalt zwischen den Reibbremsbelägen 14, 24 und der
Bremsscheibe 12 überwunden. An den Bereich II kann sich eine
Verschiebewegbegrenzung 32 für den Reibbremsbelag 14 anschließen. Dies ist
allerdings nicht erforderlich. Für eine tatsächliche Ausführung der
Scheibenbremse 10 weist die Abstützung 16 eine Länge in Verschieberichtung
von beispielsweise 6 mm in jede Drehrichtung und einen Anstieg quer zur
Bremsscheibe 12 von beispielsweise 2 mm auf.
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Die in Fig. 6 dargestellte Scheibenbremse 10 weist eine
Verschleißnachstelleinrichtung 36 für das Luftspiel auf. Die Verschleißnachstelleinrichtung
36 ist in der Zeichnung als drehbares Exzenterelement dargestellt. Vorzugsweise
wird die Verschleißnachstelleinrichtung 36 selbsttätig nachstellend ausgeführt.
Derartige Verschleißnachstelleinrichtungen 36 sind dem Fachmann bekannt und
sollen an dieser Stelle nicht näher erläutert werden. Die
Verschleißnachstelleinrichtung 36 wird so verstellt, dass das Luftspiel zwischen
den Reibbremsbelägen 14, 24 und der Bremsscheibe 12 bei nicht betätigter
Scheibenbremse 10 mit zunehmendem Verschleiß der Reibbremsbeläge 14, 24
größer wird. Dies hat zur Folge, dass bei (teilweise) verschlissenen
Reibbremsbelägen 14, 24 das Luftspiel erst bei größerer Verschiebung des
Reibbremsbelags 14 überwunden wird. Die Reibbremsbeläge 14, 24 liegen also
erst später an der Bremsscheibe 12 an. Die Walzen 32 befinden sich also schon
im Bereich I der Abstützung 16, wenn die Reibbremsbeläge 14, 24 an der
Bremsscheibe 26 anliegen. Dadurch wird eine erhöhte Steifigkeit der
Reibbremsbeläge 14, 24 bei teilweise oder vollständig abgenutzten
Reibbremsbelägen 14, 24 zumindest teilweise kompensiert.