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Teilscheibenbremse Die Erfindung bezieht sich auf eine Teilscheibenbremse
mit wenigstens in einem Schenk--1 eines die Brenisscheihe U-förmig umgreifenden
Gehäuses axial beweglich geführten, vorzugsweise druckmittelbetätigten und allseitig
kippbaren Reibkörpers, bei der der Kraftangriffspunkt am Reibkörper außerhalb seines
geometrischen Mittelpunktes liegt.
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Teilscheibenbremsen dieser Art sind bekannt. Bei einer derartigen
bekannten Bremse wird in dem Mörmigen Gehäuse beiderseits der abzubremsenden Scheibe
je, ein Reibkörper axial geführt. Die Reibkörper sind durch je zwei
nebeneinanderliegende druckmittelbetätigte Kolben be#aufschlagbar und werden durch
sie zum Abbremsen der Scheibe betätigt.
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Bremsen dieser Art haben den Nachteil, daß die Reibbeläge nicht gleichmäßig
abgenutzt werden. Infolgedessen wird bei diesen Bremsen die theoretische Bremsleistung
nur während der ersten Einsätze erreicht; mit zunehmender Gebrauchsdauer verringert
sich die Bremsleistung infolge der ungleichmäßigen Abnutzung der Reibbeläge.
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Demnach hat sich ergeben, daß die axiale Führung des Reibkörpers nicht
ausreicht, um eine gleichmäßige Abnutzung des Reibbelags zu erzielen. Es kann festgestellt
werden, daß die Abnutzung eines Teilchens da des Reibbelags des Reibkörpers
ganz allgemein proportional der Reibungsenergie ist, die durch dieses Teilchen erzeugt
wird. Die erzeugte Reibungsenergie während einer Zeit dt ist aber dW#f
- v - dt. Hierin bildet f die Reibungskraft,
die bei da wirksam ist, v ist die Umfangsgeschwindigkeit an der Stelle der Scheibe,
die dem Teilchen da gegenüberliegt.
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Danach ist ferner dW = p -,u - da
- 2n - rw - dt, wobei p der angewendete
Druck auf da, it der Reibungskoeffizient, r die Entfernung von
da zum Scheibenmittelpunkt und (,) die Winkelgeschwindigkeit der un-flaufenden
Scheibe ist.
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Um zu erreichen, daß die Abnutzung gleichmäßig ist, muß dW den gleichen
Wert für alle Teilchen da
der Reibungsoberfiäche haben. Folglich ist es notwendig,
daß p - r = konstant ist.
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Zur Erzielung einer gleichmäßigen Abnutzung der gesamten Reibfläche
würde allerdings die Anwendung der hier gegebenen Lehre allein noch nicht ausreichen.
da eingangs betont wurde, daß der Reibkörper allseitig kippbar angeordnet ist. Das
heißt, daß die seitliche Reaktions- oder Verankerungskraft, die der in der Reibebene
entstehenden Reibkraft die Waage hält, in einer Ebene außerhalb der Reibebene auftritt.
Daher wird auf den Reibkörper während der Bremsung auch ein Drehmoment um -eine
Achse senkrecht zur Achse des Betätigungskolbens ausgeübt. Dieses Drehmoment hat
das Bestreben, das in Drehrichtung der Scheibe gelegene Ende des Reibbelags von
der Scheibe abzuheben und das andere Ende des Reibbelags stärker gegen die Scheibe
zu pressen, so daß die Ungleichmäßigkeit der Abnutzung nicht nur in radialer Richtung
auftritt, sondern auch in Drehrichtuno, der abzubremsenden Scheibe.
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Um deshalb bei einer Teilscheibenbremse der beschriebenen Art eine
gleichmäßige Abnutzung des
gesamten Reibbelags zu erreichen, sieht die Erfindung
vor, daß der Angriffspunkt der Betätigungskraft amReibkörpergegenüberdessen geometrischem
Mittelpunkt oder Schwerpunkt um einen Betrag in radialer Richtung zur Bremsscheibenachse
hin und zusätzlich in der Umfangsrichtung der Brenisscheibe um einen weiteren Betrag
versetzt ist, so daß das Produkt aus Reibgeschwindigkeit und Anpreßdruck an jeder
Stelle am Reibkörper gleich ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch eine
erfindungsgemäße Scheibenbremse,
Fig. 2 eine schematische Seitenteflansicht
der Bremse gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer
Bremse, bei der der Hydraulikzylinder im unteren Teil der Scheibe angeordnet ist,
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3,
Fig. 5 einen
Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 3,
Fi,g. 6 die Lage des
Kraftangriffspunkts nach dei Erlindung und Fig.7 einen Schnitt durch eine weitere
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse.
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Die Erfindung wird für Anordnungen mit kreisscheibenförmigen Reibkörpem
beschrieben. Die gleichen Betrachtungen und die gleichen Lösungen kommen auch in
Frage für Reibkörper anderer Gestalt, insbesondere für kreisringsektorförtnige.
Die in den Zeichnungen dargestellten Bremsen werden hy-
draulisch betätigt;
sie können aber selbstverständlich auch eine mechanische Betätigungsvorrichtung
aufweisen.
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Bei den Anordnungen gemäß den Fig. 1 und 2 ist eine Bremsscheibe
2 auf einer Welle 4 mittels einer Paßfeder 5 aufgekeflt. In einem Gehäuse
6 sind beidseitig der Bremsseheibe die Bauelemente der Bremse untergebracht,
Am Gehäuse ist ein Reibkörper 8 fest angebracht, der kreisringförmig ist.
Dieser Reibkörper 8 ist beispielsweise mit einer Trägerplatte 7 verbunden,
die an einem Schenkel des Gehäuses befestigt ist. In einer Bohrung 12 ist ein beweglicher
Reibkörper 10 angeordnet. Ein hydraulisch betätigter Kolben 14 in einem Breniszylinder
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übt über einen Stößel 18 einen Druck auf den Reibkörper
10 aus. Der Reibkörper 10 wird durch die Bohrung 12 geführt, um die
tangentialen Reaktionskräfte aufzunehmen, die sich beini Reibungseingriff des Reibkörpers
10 mit der Bremsscheibe ergeben. Der Stößel 18 ist hierbei nicht in
der Mitte des Reibkörpers 10 angeordnet.
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Der durch die Erfindung gegebene Konstraktionsvorschlag wird am besten
verständlich bei der Betrachtung der Fig. 3 bis 6.
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Der Verschleiß an einem Punkt der Oberfläche des Reibkörpers ist,
wie an sich bekannt, dem Druck und der Geschwindigkeit an diesem Punkt proportional.
Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Punkt a mit einer geringeren Geschwindigkeit
umräuft als der Punkt b, da diese Geschwindigkeit den Radien r, und r2 proportional
sind.
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Um diese Unterschiede in der Umlaufgeschwindigkeit auszugleichen,
wird der Betätigungsdruck nicht in der Mitte des Reibkörpers aufgebracht, sondern,
wie die Fig. 4 zeigt, an einem Punkt Q, welcher um einen Betrag x aus der
geometrischen Mitte versetzt ist, so daß der Druck am Punkt a größer wird als der
am Punkt b. Der Betrag x wird so gewählt, daß die Gleichung pl *
r, # p., r2
erfüllt wird, wobei p, und P2 die örtlichen
Drücke an den Punkten a und b bedeuten. Auf diese Weise stellt sich an den
Punkten a und b ein gleich großer Verschleiß ein-, obwohl die Geschwindigkeiten
der Scheibenpunkte a und b unterschiedlich sind.
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Wie die Fig. 4 zeigt, ergibt sich durch die Aufbringung einer Kraft
F an einem Punkt, der von der Mitte des Reibkörpers zur Rotationsachse der Brerasscheibe
hin verschoben ist, eine Reaktionskraftverteilung, deren Maximalwert f' beim
Punkt a mit der kleinsten Geschwindigkeit liegt. Diese örtlichen Partialkräfte werden
nach und nach geringer, je
weiter man zum Rand der Brenisscheibe kommt, wo
sich am Punkt b, an welchem die Geschwindigkeit am größten ist, ein Minimalwert
f' einstellt.
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An den Punkten c und d (Fig. 3) herrschen gleich große
Geschwindigkeiten, doch tritt zwischen der Zone am Punkt c und der am Punkt
d -eine Druckdifferenz auf infolge der von dem Gehäuse auf den Reibkörper
ausgeübten Reaktionskräfte, welche einen ungleichmäßigen Verschleiß an der Vorderkante
d und an der Hinterkante c des Reibkörpers verursachen, sofern nicht diese Wirkung
gemäß der nachfolgend zu erläuternden erfindungsgemäßen Lehre kompensiert wird.
Nachfolgend soll nun zunächst einmal die Ursache dieses Druckunterschieds erläutert
werden.
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Wenn der Reibkörper 10 an der Bremsscheibe 2 zur Anlage kommt
(Fig. 5), -entsteht eine Reaktionskraft r, die der Kraft F gleich, aber entgegengesetzt
gerichtet ist. Der Punkt, an dem diese Reaktionskraft auftritt, ist der Mittelpunkt
e des Reibkörpers. Infolge der Schleppwirkung, die durch die Rotation der Scheibe
auf den Reibkörper ausgeübt wird, entsteht tangential zur Reibfläche eine Reibungskraft
R. Die Abstützkraft des Reibkörpers tritt in Punkt t der Widerlagerfläche,
d. h. an der Bohrung auf und erzeugt an dieser Kante des Reibkörpers eine
erhebliche Reibung. Die Widerlagerkraft setzt sich zu-
sammen aus einer Reaktionskraft
R, die der Kraft R' entgegengesetzt, aber gleich groß ist, und einer Kraft
G, welche entgegengesetzt zur Kraft F gerichtet ist und sich der Gleitbewegung
des Reibkörpers in Richtung auf die Bremsscheibe widersetzt. Der Punkt t ist von
der Scheibenoberfläche -um einen Betrag h entfernt, so daß sich am Reibbelag
ein Kippmoment einstellt, welches eine Druckdifferenz zwischen den Punkten c und
d erzeugt. Es ist jedoch zu bemerken, daß dieses Drehmoment nur dann auftritt,
wenn die Reaktionskraft den Reibbelag in einer Ebene angreift, die, in Richtung
der Achse des Betätigungskolbens aus der Reibebene herausgerückt ist. Wenn jedoch
die Reaktions- oder Verankerungskraft den Reibbelag in der Reibeben-- angreift,
so haben>R und R' die gleiche WiTkungslinie, und ein Drehmonient tritt nicht auf.
Andererseits ist der Punkt t gegenüber der Krafteinwirkungslinie F versetzt, so
daß die Kraft G ein weiteres Kippraoment am Reibkörper erzeugt.
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Um auch dieses durch die Reibreaktionskräfte hervorgerufene Moment
zu kompensieren, wird die BetätigungskraftF gegenüber dem geometrischen Mitteilpunkt
oder Schwerpunkt zusätzlich um einen Betrag y in Umfangsrichtung der Brenisscheibe
versetzt zugeführt, so daß das Drehmoment F - y dem gesamten Kippmoment,
welches von den Komponenten R und G der Widerlagerkräfte hervorgerufen wird,
entgegengesetzt gleich ist.
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Um die vorerwähnten Bedingungen gleichzeitig zu befriedigen, wird
der Punkt Q, an welchem die Betätigungskraft zugeführt wird, gegenüber der
geometrischen Mitte oder dem Schwerpunkte des Reibkörpers (Fig. 6) um einen
Betrag versetzt der sich als Resultierende der beiden senkrecht zueinander gerichteten
Versetzungsbeträge x und y ergibt. Durch die Zufuhr der Betätigungskraft
am Punkt Q
werden somit die Ursachen für den ungleichmäßigen Verschleiß des
Reibkörpers beseitigt. Es ist noch
zu erwähnen, daß, wenn das Kippmoment
gleich Null ist oder wenn dessen Kompensation nicht erwünscht ist, nur eine Kompensation
bezüglich des Unterschieds der Umfangsgeschwindigkeiten in Frage kommt.
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Die Erfindung ist bei der Bremse nach der Fig. 7
verwirklicht.
Bei dieser Bremse ist eine Bremsscheibe 20 auf die Nabe 22 eines Rades aufgesetzt.
Die seitlichen Reibflächen der Bremsscheibe 20 arbeiten mit zwei gegenüberliegend
auf beiden Seiten der Bremsscheibe in einem Gehäuse 19 geführten Reibkörpem
24 und 26 zusamen.
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Diese Reibkörper werden von zwei Kolben 28 und 30 betätigt,
von denen jeder in einem Brernszylinder 31. bzw. 32 geführt ist. Jeder
Kolben ist mit dem zugehörigen Reibkörper über einen Kugelzapfen 33 ver bunden,
welcher in eine sphärische Aussparung eines Reibkörperträgers 34 eingreift. Wie
die Fig. 7 zeigt, ist die Achse der Kolben gegenüber der Achse der Reibkörper
in radialer Richtung um einen Betrag versetzt, welcher den Unterschied der Umfangsgeschwindigkeiten
der Bremsscheibe berücksichtigt, die an den einzelnen Teilchen des Reibkörpers auftreten.
Um auch das Kippraoment auszugleichen, ist es erforderlich, die Achse, der Kugelzapfen
33, wie es bei der zuvor beschriebenen Ausführung erläutert und schematisch
in Fig. 6 dargestellt ist, zusätzlich in Umfangsrichtung der Bremsscheibe
zu versetzen.