DE10358884A1

DE10358884A1 - Scheibenbremse mit Bremsmoment-Umkehr bei der sich die Bremsscheibe entgegengesetzt zur Drehrichtung des zu bremsenden Rades dreht

Info

Publication number: DE10358884A1
Application number: DE2003158884
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Klassen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2023-12-17
Also published as: DE10358884B4

Abstract

Scheibenbremse mit Bremsmoment-Umkehr bei der sich die Bremsscheibe entgegengesetzt zur Drehrichtung des zu bremsenden Rades dreht.
Als spezielle hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch betätigte Scheibenbremse dadurch gekennzeichnet, daß die als innenverzahnter Bremsring ( 1 ) ausgebildete Bremsscheibe über Zwischenritzel ( 2 ) mit dem innen liegenden Antriebsritzel ( 3 ) durch die Verzahnung nach Art eines Planetengetriebes formschlüssig kämmt. Der zweiteilige Trägerring ( 4 ) lagert die fest stehenden Hohlachsen ( 5 ) der Zwischenritzel ( 2 ) und legt deren anzahlabhängige, radiale Verteilung am Umfang zwischen Bremsring und Antriebsritzel fest. Ein oder mehrere an Vorderradgabel bzw. Vorderradschwinge befestigte Sperrbolzen ( 6 ) ragt bzw. ragen in die fest stehenden Hohlachsen ( 5 ) der Zwischenritzel ( 2 ) im zweiteiligen Trägerring( 4 ) und verhindern somit dessen Mitdrehen.

Description

Stand der Technik (beispielhaft: Offenlegung 25 33 522 vom 26.07.1975)
Zum Bremsen von Rädern, speziell von Vorderrädern bei Zweirädern, Dreirädern oder des Haupt-Fahrwerkes von Flugzeugen mit Spornrad werden u.a. Scheibenbremsen unterschiedlichster Bauart eingesetzt. Alle diese mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigten Bremsen funktionieren von der Wirkungsweise her gleich oder sehr ähnlich. Eine oder mehrere fest mit der Radnabe des zu abzubremsenden Rades verbundene Bremsscheibe(n) wird bzw. werden durch fest am Fahrzeug installierte Bremsbacken durch deren Zusammenpressen beiderseits der Bremsscheibe(n) bis zum Stillstand abgebremst.

Mangel am Stand der Technik

Bauartbedingt erzeugen Scheibenbremsen der o.g. Bauweisen ein in die Drehrichtung des abzubremsenden Rades gerichtetes Bremsmoment. Das bedeutet daß der Rest des Fahrzeuges der Drehrichtung folgen will. Bei Zweirädern wurde deshalb immer wieder der sogen. "Highsider-Effekt" beobachtet bei dem das Hinterrad sich vom Boden abhebt. Bei noch stärkerem Abbremsen kann es bis zum Überschlagen kommen. Auch bei Flugzeugen mit Spornrad ist dieser Effekt zu finden. Das Haupt-Fahrwerk wird abgebremst und bei zu starkem Bremsen folgt das Flugzeugheck der Drehrichtung der gebremsten Räder. Es kann zum Überschlag kommen. Es ist systemseitig quasi nicht möglich die maximal erreichbare Bremsleistung bei Vorderrädern oder auch bei den Haupt – Fahrwerksrädern der Spornrad-Flugzeuge auf "den Boden" zu bringen.

Ein weiterer Mangel ist die Hitzeeinwirkung der Bremsscheibe die – da fest mit der Radnabe verbunden – diese Hitze auf die Radnabe und deren Lagerung überträgt. Besonders bei langen bergab Fahrten entsteht neben dem sog. "fading" – also einem Nachlassen der Bremskraft – auch eine sehr starke Hitzeeinwirkung auf die Radnabenlagerung mit den bekannten Nachteilen.

Ebenfalls als Mangel anzusehen ist daß die Bremsscheibe unterschiedlichen Wärmeausdehnungen unterlegt. Am Umfang im Bereich der Bremsbacken entsteht die größte Hitze. Durch die feste Anbindung an die Radnabe "kriecht" diese Wärme in Richtung kälterer Bereiche. Da die feste Anbindung jedoch dort eine Ausdehnung nicht ermöglicht kommt es zum Verziehen der Scheibe.

Beschreibung und Wirkungsweise nach 1 und 2
Die erfinderische Lösung besteht dann, daß die eigentliche Bremsscheibe ( 1 ) als innenverzahnter Ring über eine definierte Anzahl (mind. 3 im 120-Grad-Winkel) und von der berechneten Grösse der auftretenden Kräfte und Momente abhängige Anzahl von Zwischenritzeln ( 2 ) nach Art eines Planeten – Getriebes mit dem innen liegenden Antriebsritzel ( 3 ) fomschlüssig kämmt. Die Zwischenritzel ( 2 ) bewirken durch die Verzahnung eine formschlüssige Kraftübertragung. Der zweiteilige Trägerring ( 4 ) lagert die fest stehenden Hohlachsen ( 5 ) der Zwischenritzel ( 2 ) und übernimmt die fluchtende, seitliche Führung des Bremsringes ( 9 ) zum Antriebsritzel ( 3 ) hin. Ein – oder mehrere – in die fest stehenden Hohlachsen ( 5 ) der Zwischenritzel ragende und am Fahrzeug befestigte Sperrbolzen ( 6 ) fixieren den Trägerring ( 4 ). Dadurch wird dessen Mitdrehen verhindert. Das Antriebsritzel ( 3 ) treibt die Zwischritzel ( 2 ) in umgekehrter Richtung an. Diese wiederum drehen den aussen liegenden Bremsring ( 1 ) in umgekehrter Drehrichtung des Antriebsritzels ( 3 ). Da sich nun der Bremsring ( 1 ) – wie beschrieben – in entgegen gesetzter Drehrichtung zum Rad dreht wirkt auch das Bremskraft-Moment in entgegen gesetzter Richtung.
Beschreibung nach 3
Bei preiswerteren Bremsen ( für Fahrräder, Mountain-Bikes, Roller) und bei Zweirädern welche bauartbedingt geringere Geschwindigkeiten erreichen, können die Zwischenritzel mit Gleitlagern gelagert werden. Diese Lagerung bietet sich bei vernieteten Trägerringen an bei denen im Falle eines Verschleiß – Austauschs die kpl. Bremse mit Bremsring, Zwischenritzeln und Antriebsritzel getauscht wird. Auch aus Gewichtsgründen (z.B. bei den sog. Mountain-Bikes) ist diese Lagerungsart möglich.
Beschreibung nach 4
Bei höherwertigen Bremsen (z.B. für Motorroller, Motorräder, Flugzeuge) bei denen mit höheren Lasten und Geschwindigkeiten gerechnet werden muß und deren Trägerring-Hälften lösbar verschraubt sind können die Zwischenritzel mit Rillenkugellagern auf den Hohlachsen gelagert werden. Der in verschraubter Ausführung und dadurch zerlegbare Trägerring ermöglicht im Falle einer Reparatur einen relativ einfachen Austausch der Rillenkugellager, der Zwischenritzel, der Hohlachsen und des Bremsringes.
Beschreibung nach 5
Bei dieser Lagerungsart übernimmt eine offene Kugllagerung mit Käfig die axiale / radiale Kugelführung. Die Kugeln laufen aussen in der konkaven Bohrungswandung des Zwischenritzels und innen im konkav geformten Tragring der Hohlachse. Der Kugelkäfig verteilt die Kugeln gleichmässig und bestimmt deren radiale Anordnung am Umfang der Hohlachse. Diese Lagerungsart ist dort vorzuziehen wo es auf Geschwindigkeit bei gleichzeitig möglichst geringern Gewicht (z.B. Renn-Motorräder oder auch Renn-Rädern) ankommt. Auch hier können wie bereits voran beschrieben die Trägerringhälften entweder unlösbar vernietet oder lösbar verschraubt werden.
Beschreibung nach 6
In die beiderseitigen Tragerring – Hälften sind jeweils nach innen zum Antriebsritzel hin und nach aussen zum Bremsring hin umlaufende Ruten eingearbeitet. Diese Nuten nehmen die Dichtungen ( 7 + 8 ) auf die das Eindringen von Staub, Schmutz und Regenwasser verhindern. Die Gestaltung der ringartigen Dichtungen ist vom geplanten Einsatzprofil der Bremse abhängig. Im Bremsringbereich sind vorzugsweise hitzebeständige Materialien vorzusehen.
Beschreibung (Fortsetzung)
Der zweiteilige Trägerring ( 4 ) ist so ausgebildet daß er über die beschriebenen Funktionen aus 1, 2 und 6 hinaus noch weitere Funktionen hat. Die Trennstelle der beiden Trägeringhälften ( 4 ) liegt in axialer Richtung mittig zwischen Bremsring (1 ), Zwischenritzel ( 2 ) und Antriebsritzel ( 3 ) und ermöglicht so die Einhaltung des genauen, spielfreien Abstands zu allen Ritzeln, Hohlachsen-Anlaufringen und des Bremsringes. Desweiteren füllen die beiden Trägerring-Hälften die Hohlräume zwischen den Zwischenritzeln, dem Bremsring und dem Antriebsritzel passgenau aus. Dadurch wird das Ansammeln von Schmutz und/oder Bremsbacken-Abrieb minimiert. Der zweiteilige Trägerring übernimmt außerdem die seitliche Führung und axiale Zentrierung der Zwischenritzel-Gleitlager nach 3, der Rillenkugellager nach 4 und des Kugelkäfigs bei offenen Kugellagern nach 5. Zusätzlich kann in den zweiteiligen Trägering ein mit Sichrheitschlüssel zu betätigendes Zahnsegment eingebaut werden. Dieses Zahnsegment kämmt im verschlossenen Zustand mit der Verzahnung des Bremsrings, der Zwischenritzel und / oder des Antriebsritzels und blockiert somit die Bremse wirkungsvoll als Diebstahlsicherung oder zur Verhinderung unbefugter Fahrzeug-Benutzung. Konstruktiv sichergestellt werden muss daß das Zahnsegment im offenen Zustand nicht durch Erschütterung oder andere im Betrieb auftretende Kräfte unbeabsichtigt einrasten kann.
Beschreibung nach 7
Die Anordnung des Sperrbolzens ( 6 ) zeigt beispielhaft der Schnitt B-B aus 1. Eine Schraube fixiert den Sperrbolzen ( 6 ) an der Vorderradgabel bzw. Vorderradschwinge. Das freie Ende ragt in die fest stehende Hohlachse ( 5 ) des Zwischenritzels ( 2 ). Damit ist der Trägerring ( 4 ) fixiert und kann sich nicht mitdrehen. Um höhere Kräfte aufzunehmen oder um die Stabilität zu erhöhen kann von der Radseite her zusätzlich eine Schraube in den Sperrbolzen ( 6 ) einschraubt werden. Müssen noch grössere Kräfte (z.B. bei schweren Motorrädern oder Flugzeugen) aufgenommen werden können in einem parallel zum Trägerring angordneten, fest mit der Vorderradgabel bzw. Vorderadschwinge verbundenen Haltering die Sperrbolzen ( 6 ) in jede vorhandene Hohlachse ( 5 ) hineinragen. In dieser Anordnung können zum Zwecke der Stabilitäts-Erhöhung und besseren Seitenführung von der Radseite her ebenfalls Schrauben in die Sperrbolzen ( 6 ) eingeschraubt werden.

1: Bremsring, innenverzahnt
2: Zwischenritzel
3: Antriebsritzel
4: Trägerring, zweiteilig
5: Hohlachse
6: Sperrbolzen
7: Dichtungen aussen
8: Dichtungen innen

Claims

Scheibenbremse mit Bremsmoment-Umkehr bei der sich die Bremsscheibe entgegengesetzt zur Drehrichtung des zu bremsenden Rades dreht. Als spezielle hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch betätigte Scheibenbremse dadurch gekennzeichnet, daß die als innenverzahnter Bremsring ( 1 ) ausgebildete Bremsscheibe über Zwischenritzel ( 2 ) mit dem innen liegenden Antriebsritzel ( 3 ) durch die Verzahnung nach Art eines Planetengetriebes formschlüssig kämmt. Der zweiteilige Trägerring ( 4 ) lagert die fest stehenden Hohlachsen ( 5 ) der Zwischenritzel ( 2 ) und legt deren anzahlabhängige, radiale Verteilung am Umfang zwischen Bremsring und Antriebsritzel fest. Ein oder mehrere an Vorderradgabel bzw. Vorderradschwinge befestigte Sperrbolzen ( 6 ) ragt bzw. ragen in die fest stehenden Hohlachsen ( 5 ) der Zwischenritzel ( 2 ) im zweiteiligen Trägerring( 4 ) und verhindern somit dessen Mitdrehen.
Scheibenbremse mit Bremsmoment-Umkehr als Unteranspruch nach Anspruch 1 Dadurch gekennzeichnet, daß sie als Vorderrad – Bremse an allen mit Motor- und / oder mit Muskelkraft betriebenen Zweirädern und Dreirädern als Vorderrad – Bremse seriell eingebaut oder als Einbausatz nachgerüstet werden kann.
Scheibenbremse mit Bremsmoment-Umkehr als Unteranspruch nach Anspruch 1 Dadurch gekennzeichnet, daß sie als Hauptfahrwerks-Bremse an allen mit Spornrad ausgestatteten Flugzeugen seriell eingebaut oder als Einbausatz nach gerüstet werden kann.
Scheibenbremse mit Bremsmoment-Umkehr als Unteranspruch nach Anspruch 1 Dadurch gekennzeichnet daß das Übersetzungsverhältnis je nach gewünschtem Einsatzprofil über die Grösse der Durchmesser-Abmaße – Antriebsritzel (3) / Zwischenritzel (2) / Bremsring (1) – individuell hergestellt werden kann.
Scheibenbremse mit Bremsmoment-Umkehr als Unteranspruch nach Anspruch 1 Dadurch gekennzeichnet daß die Zwischenritzel entweder mit Gleitlagern (3), Rillenkugellagern (4) oder offenen Kugelkäfigen (5) gelagert sind.
Scheibenbremse mit Bremsmoment-Umkehr als Unteranspruch nach Anspruch 1 Dadurch gekennzeichnet daß der zweigteilige Trägerring ( 4 ) die fest stehenden Hohlachsen-Enden ( 5 ) trägt und lagert; den Bremsring ( 1 ), die Zwischenritzel ( 2 ) und das Antriebsritzel ( 3 ) in radialer Richtung fluchtend führt und die Hohlräume zwischen den Zwischenritzeln ( 2 ) dem Bremsring ( 1 ) und dem Antriebsritzel ( 3 ) formschlüssig auffüllt.
Scheibenbremse mit Bremsmoment-Umkehr als Unteranspruch nach Anspruch 1 Dadurch gekennzeichnet daß in den zweiteiligen Trägering ( 4 ) beidseitig innen umlaufend jeweils radial nach aussen angeordnet zum Bremsring ( 1 ) hin und ebenso radial nach innen angeordnet zum Antriebsritzel hin die ringförmigen Dichtungen ( 7 + 8 ) in umlaufende Nuten eingelassen sind.
Scheibenbremse mit Bremsmoment-Umkehr als Unteranspruch nach Anspruch 1 Dadurch gekennzeichnet daß der zweiteilige Trägerring ( 4 ) mit Schrauben zerlegbar verbunden ist.
Scheibenbremse mit Bremsmoment-Umkehr als Unteranspruch nach Anspruch 1 Dadurch gekennzeichnet daß der zweiteilige Trägerring ( 4 ) mittels Hohl- oder Vollnieten unlösbar miteinander verbunden ist. Die Enden der fest stehenden Hohlachsen ( 5 ) werden ebenfalls durch Umbördeln zum Zusammenpressen und zur Stabilität der Trägerringhälften verwendet.
Scheibenbremse mit Bremsmoment-Umkehr als Unteranspruch nach Anspruch 1 Dadurch gekennzeichnet daß ein Sperrbolzen ( 6 ) das Mitdrehen des zweiteiligen Trägerrings ( 4 ) verhindert. Dieser Sperrbolzen ( 6 ) ist, wie in 7 dargestellt, fest aber lösbar an der Vorderradgabel bzw. Vorderradschwinge angebracht und ragt mit seinem freien Ende in die fest stehende Hohlachse ( 5 ).
Scheibenbremse mit Bremsmoment-Umkehr als Unteranspruch nach Anspruch 10 Dadurch gekennzeichnet daß mehrere Sperrbolzen ( 6 ) das Mitdrehen des Trägerrings verhindern. Diese Sperrbolzen sind auf einem eigenen, parallel zum Trägerring laufenden Haltering angeordnet und ragen mit ihren freien Enden in die fest stehenden Hohlachsen ( 5 ) der Zwischenritzel ( 2 ). Dieser Haltering ist fest mit der Vorderradgabel bzw. Vorderradschwinge verbunden.
Scheibenbremse mit Bremsmoment-Umkehr als Unteranspruch nach Anspruch 9 Dadurch gekennzeichnet daß der einzelne Sperrbolzen (nach Anspruch 10) oder mehrere Sperrbolzen (nach Anspruch 11) mit dem bremsseitigen Ende in die fest stehenden Hohlachsen ( 5 ) der Zwischenritzel ( 2 ) ragt bzw. ragen und zur Stabilitätserhöhung oder zur Aufnahme hoher Radialkräfte von der Radseite her zusätzlich mit den fest stehenden Hohlachsen ( 5 ) am zweiteiligen Trägerring ( 4 ) verschraubt werden.
Scheibenbremse mit Bremsmoment-Umkehr als Unteranspruch nach Anspruch 1 Dadurch gekennzeichnet daß im zweiteiligen Trägerring ( 4 ) ein mit Sicherheits-Schlüssel abschließbares Zahnsegment integriert werden kann. Das Zahnsegment kämmt im verschlossenen Zustand mit der Verzahnung von Bremsring ( 1 ), Zwischenritzel ( 2 ) und / oder Antriebsritzel ( 3 ) und blockiert somit die kpl. Bremse.