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Aus Trägerplatte und Bremsbelag bestehende Bremsbacke für eine Teilbelagscheibenbremse,
insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine aus Trägerplatte und
Bremsbelag bestehende Bremsbacke für eine Teilbelagscheibenbremse, insbesondere
für Kraftfahrzeuge, deren von einem druckmittelbetätigten Kolben beaufschlagte Trägerplatte
sich an einer zur Bremsscheibe senkrechten Führung jeweils in einem entsprechend
der Bremsbelagabnutzung veränderlichen Abstand von der Bremsscheibe abstützt, wobei
der geometrische Schwerpunkt des Bremsbelags gegenüber der Achse des Betätigungskolbens
entgegen der Drehrichtung der Bremsscheibe derart versetzt ist, daß bei neuem, also
noch nicht abgenutztem Bremsbelag das durch den Abstand zwischen Abstützebene und
Bremsfläche bedingte Kippmoment gleich Null ist.
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Bei bisher üblichen Teilbelagscheibenbremsen ist die aus einer rückseitigen
Trägerplatte und einem darauf befestigten, verhältnismäßig starken Bremsbelag bestehende
Bremsbacke in der feststehenden Führung quer zur Bremsscheibe verschiebbar gelagert
und wird zum Bremsen durch einen an der Trägerplatte angreifenden Kolben gegen die
Bremsscheibe gepreßt. Nachteilig ist dabei, daß die an ihrer Bremsfläche entsprechend
der auf die Bremsscheibe übertragenen Bremskraft in Drehrichtung der Bremsscheibe
belastete Bremsbacke durch ihre erst an der rückseitigen Trägerplatte erfolgende
Abstützung an der Führung ein beträchtliches Kippmoment erfährt, welches dem Produkt
der Bremskraft mit dem Abstand y der Abstützstelle von der Bremsscheibe entspricht.
Hierdurch entstehen einseitige Abnutzungen der Bremsbacke, die in ihrer Führung
mit größer werdender Abnutzung zunehmend kippen kann und allmählich eine etwa zylindrisch
gekrümmte Bremsfläche erhält. Die Kippbewegungen und ungleichmäßigen Abnutzungen
der Bremsbacke wirken sich beim praktischen Betrieb der Bremse in einer ungleichmäßigen
Bremswirkung und dadurch in Schüttelbewegungen aus, die sich auf die Aufhängung
und das ganze Fahrzeug übertragen können.
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Der vorgenannte Mangel wird nachstehend an Hand der F i g. 1 und.
2 erläutert.
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F i g. 1 zeigt die heute übliche Bremsbackenanordnung mit einer feststehenden
Führung 1, in der eine aus einer Trägerplatte 2 und einem verhältnismäßig starken
Bremsbelag 3 bestehende Bremsbacke gegen die eine Fläche einer Bremsscheibe
4 der Schreibenbremse verschiebbar ist. An der Rückseite der Trägerplatte
2 greift ein Kolben 5 an, der in einem feststehenden Zylinder 6 geführt ist und
in nicht besonders dargestellter Weise hydraulisch gegen die Bremsbacke verschiebbar
ist. Wie aus F ig. 1 hervorgeht, liegt der durch den Pfeil 7 angedeutete mittlere
Angriffspunkt des Kolbens 5 auf einer parallel zur Drehachse der Bremsscheibe 4
verlaufenden Geraden 8, die zugleich durch den Schwerpunkt der Bremsfläche 9 verläuft.
Wird der Kolben 5 beispielsweise mit der Kraft P1 gegen die Bremsbacke gepreßt,
dann entsteht an der Bremsfläche außer der von der Bremsscheibe 4 axial aufgenommenen
Bleichgroßen Reaktionskraft R1, die entlang der Geraden 8 in Richtung des Pfeiles
10 wirkt, eine Bremskraft P2, die in der Ebene der Bremsfläche
9 gemäß dem Pfeil 11 in der Drehrichtung der Bremsscheibe
4 angreift. Die Größe der Kraft P2 entspricht dem Produkt aus der Kraft P1
und dem Reibungskoeffizienten,u zwischen der Bremsscheibe 4 und der Bremsbacke.
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Wie aus F i g. 1 hervorgeht, kann die an der Bremsbacke angreifende
Kraft P2 nur über die Trägerplatte 2 im Abstand y von der Bremsscheibe 4 an der
Stelle 12 der Führung 1 abgestützt werden, vgl. die dort in Richtung des Pfeils
13 angreifende, in ihrem Wert der Kraft P2 gleichende Reaktionskraft R2. Aus dieser
Abstützung ergibt sich, daß auf die Bremsbacke beim Bremsen ständig ein unausgeglichenes
Kippmoment von der Größe P2 - y angreift, welches sich im Laufe der Zeit zwangläufig
in einer erhöhten einseitigen Abnutzung des Bremsbelags 3 auswirkt.
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F i g. 2 veranschaulicht die Auswirkung dieser einseitigen Abnutzung
des Bremsbelags 3. Die ursprünglich ebene Bremsfläche des Bremsbelags schleift sich
in dem der Stelle 12 abgelegenen Bereich 14 stärker als in den übrigen
Bereichen ab und nimmt allmählich eine etwa zylindrisch gekrümmte Form an, wodurch
die Bremsbacke dem Kippmoment mit einer aus F i g. 2 ersichtlichen Kippbewegung
zunehmend nachgeben kann. Die Folge hiervon ist, daß auch der
Kolben
5 zunächst nur einseitig auf die Bremsbacke einwirken kann und nunmehr auch seinerseits
im Zylinder 6 verkantet wird, wodurch er seiner Verschiebung einen entsprechenden
Reibungswiderstand entgegengesetzt. Die Folge dieses Reibungswiderstands ist, daß
bei einer Bremsbetätigung ein Teil der aufgewendeten Bremskraft zunächst an der
Stelle der Kolbenführung verbraucht und somit nicht zur Bremsung ausgenutzt wird.
Erst, nachdem der Kolben 5 durch seine Weiterbewegung gegen die Bremsbacke diese
schließlich entsprechend dem in F i g. 2 veranschaulichten Kippmoment P1 -
a entgegen dem Kippmoment P2 - y in eine der F i g. 1 entsprechende Mittelstellung
zurückgeschwenkt hat, hört auch die Verkantung des Kolbens 5 auf und die angewendete
Bremskraft kann nunmehr vollständig auf die Bremsbacke übertragen werden. Es hat
sich gezeigt, daß durch diese ungleichmäßige Wirkungsweise der beschriebenen Scheibenbremse
und durch die hierbei auftretenden Kippbewegungen der Bremsbacke unkontrollierbare
ruckweise Bremsbeanspruchungen auftreten, die das vorgenannte Schütteln hervorrufen.
-Es sind weiterhin auch schon eingangs genannte Teilbelagscheibenbremsen bekanntgeworden,
bei denen der Schwerpunkt der Bremsfläche der unabgenutzten Bremsbacke gegenüber
dem mittleren Angriffspunkt des Kolbens an der Bremsbacke entgegen der Drehrichtung
der Bremsscheibe um einen solchen Betrag versetzt liegt, daß bei der Bremsung an
der Bremsbacke kein Kippmoment auftritt. Aber auch bei solchen Bremsbackenanordnungen
ist noch nachteilig, daß sich das Kippmoment mit zunehmender Abnutzung des Bremsbelags
ändert, wonach dann die konstruktiv veränderliche Versetzung des Schwerpunkts der
Bremsfläche keinen richtigen Ausgleich des Kippmoments mehr bewirken kann. Infolgedessen
treten auch bei solchen Bremsbackenanordnungen mit zunehmender Abnutzung des Bremsbelags
noch ungleiche Bremsbelagabnutzungen mit den eingangs genannten Nachteilen auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Teilbelagscheibenbremse
so zu vervollkommnen, daß auch an der mehr oder weniger abgenutzten Bremsbacke keine
Kippmomente mehr auftreten können und somit überhaupt keine ungleiche Abnutzung
des Bremsbelags und somit auch keine wirkungsmäßigen Mängel der Bremse mehr befürchtet
zu werden brauchen.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Bremsbelag in dem Schnitt, der senkrecht zu einem die Achse des Betätigungskolbens
enthaltenden Bremsscheibenradius geführt ist, ein Parallelogramm- bzw. Trapezprofil
aufweist, von welchem die, in Umlaufrichtung der Bremsscheibe gesehen, vordere und
hintere Seitenlinie gegenüber den zur Bremsscheibe parallelen Stirnseiten etwa entsprechend
dem Verhältnis ,u - y : y bzw. lediglich die, in Umlaufrichtung der Bremsscheibe
gesehen, hintere einzige schräge Seitenlinie gegenüber den zur Bremsscheibe parallelen
Stirnseiten etwa entsprechend dem Verhältnis 2 1, # y : y nach der Bremsfläche hin
entgegen der Drehrichtung der Bremsscheibe geneigt verlaufen bzw. verläuft, wobei
,u der Reibwert zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe und y der Abstand zwischen
der Bremsfläche und der Abstützebene des $remsbelagträgers an seiner Führ rang ist.
Mit einer solchen Ausbildung der Bremse wird erreicht, daß auf die Bremsbacke und
den Betätigungskolben über die gesamte Lebensdauer des Bremsbelags kein Kippmoment
wirkt und somit über die gesamte Lebensdauer des Bremsbelags eine gleichmäßige Abnützung
erzielt wird.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht;
es zeigt F i g. 3 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsbackenanordnung
in einer Schemadarstellung (bei noch nicht abgenutztem Bremsbelag), F i g. 4 die
Bremsbackenanordnung gemäß F i g. 3, jedoch bei bereits stärker abgenutztem Bremsbelag,
F i g. 5 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsbackenanordnung
in einer Schemadarstellung.
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Die in den F i g. 3 und 4 dargestellte Bremsbackenanordnung weicht
von der bekannten Anordnung gemäß den- F ig. 1 und 2 insofern ab, als der im wesentlichen
quaderförmige Bremsbelag 3 a der Bremsbacke in der durch die Richtung der Anpreßkraft
P1 des Kolbens und die Umlaufrichtung der Bremsscheibe 4 an der Bremsbacke
gegebenen Ebene ein Parallelogrammprofil mit gegenüber den Stirnseiten schrägverlaufenden
Seitenlinien 15a und 15b bildet. Wie ersichtlich, verlaufen die Seitenlinien
15a und 15 b nach der Bremsscheibe 4 hin entgegen deren Drehrichtung
schräg, wodurch der Schwerpunkt der Bremsfläche 9 a des Bremsbelags 3 a gegenüber
dem mittleren Angriffspunkt der Kraft P1 des Kolbens um den Abstand x entgegen der
dortigen Drehrichtung der Bremsscheibe 4 versetzt liegt.
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Durch die entsprechende Versetzung der am Schwerpunkt der Bremsfläche
9 a angreifenden Reaktionskraft R1 entsteht somit ein gemäß F i g. 3 im Uhrzeigerdrehsinn
wirksames Kippmoment von der Größe P1 . x. Da das - durch die Bremskraft P2 bewirkte
Kippmoment P2 # y entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn wirkt, -kann durch eine geeignete
Beines= sang des Abstands x ohne weiteres dafür gesorgt werden, daß die beiden einander
entgegenwirkenden Kippmomente P2 - y und P1 - x gleich groß sind und sich gegenseitig
ganz aufheben. Die erforderliche Größe des Abstands x ergibt sich aus dem Zusammenhang:
p2= 9.p11 P1' x= ß-Pl'Y, x=P.Y. Das in F i g. 3 dargestellte Profil des Bremsbelags
3 a bringt dabei den großen Vorteil mit sich, daß der vorgenannte Zusammenhang zwischen
x und y auch während der Abnutzung des Bremsbelags 3 a und während der entsprechenden
Verringerung des Abstands y erhalten bleibt. F i g. 4 veranschaulicht diese Verhältnisse
bei einem bereits weitgehend abgenutzten Bremsbelag 3 a. Durch den geradlinigen,
zueinander parallelen Verlauf der Seitenlinien 15 a und
15 b des erläuterten Profils ergibt sich zwangläufig, daß auch bei jeder
beliebigen Abnutzung des Bremsbelags 3 a das Verhältnis
ist. Die. in F i g. 5 dargestellte Bremsbackenanordnung unterscheidet sich von der
in den F i g. 3 und 4. dargestellten
dadurch, daß der Bremsbelag
3 b in der bereits erläuterten Ebene statt eines Parallelogrammprofils ein Trapezprofil
aufweist, wobei lediglich die eine Seitenlinie 15 c schräg verläuft. Es leuchtet
ohne weiteres ein, daß sich bei einer gegenüber den Seitenlinien 15a und
15b verdoppelten Neigung der Seitenlinie 15c dieselben Verhältnisse
wie bei einem Parallelogrammprofil ergeben, so daß sich eine weitere Erläuterung
der im übrigen der F i g. 3 angeglichenen F i g. 5 erübrigt.
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Bei einer praktischen Ausführung des Er$ndungsgegenstands kann noch
berücksichtigt werden, daß auch an der Abstützstelle 12 der Bremsbacke gegenüber
der Führung 1 eine gewisse Reibungskraft wirksam ist, die dem Vorschub der Bremsbacke
gegen die Bremsscheibe 4 entgegenwirkt. Auch diese Kraft führt in Verbindung mit
dem Abstand des Angriffspunktes der Kraft P1 von der genannten Abstützstelle zu
einem entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn wirkenden Kippmoment, welches somit das eingangs
betrachtete schädliche Kippmoment P2 - y vergrößert. Es kann deshalb in der Praxis
zweckmäßig sein, das erfindungsgemäß vorgesehene Gegenkippmoment P1 #
x um einen entsprechenden Betrag zu vergrößern, damit auch aus dem zusätzlichen
schädlichen Kippmoment keine Kippbewegungen der Bremsbacke entstehen können.