DE19500556A1 - Mehrstufige hydraulische Scheibenbremse für Fahrräder - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mehrstufige hydraulische Scheibenbremse für Fahrräder, die einen an einer Seite eines Bremssattels angeordneten mehrstufigen Bremszylinder aufweist, in dem wenigstens ein ein- oder mehrteiliger Kolben mit gegenüber einem hydraulischen Mittel unterschiedlich großen Wirkflächen angeordnet ist, und die ein Umschaltventil aufweist, und daß das hydraulische Mittel während einer ersten Stufe ein Kolbenteil mit einer ersten Wirkfläche und während einer weiteren Stufe ein Kolbenteil mit einer zweiten Wirkfläche antreibt.

Konventionelle Felgenbremssysteme für Fahrräder haben den Nachteil, daß Felgenbremszangen bei Laufrädern verschiedener Felgengröße unterschiedlich justiert werden müssen, so daß beispielsweise ein Wechsel von 26 Zoll auf 28 Zoll Bereifung ohne Verstellung der Felgenbremszange unmöglich ist. Zusätzlich wird durch Felgenbremssysteme das Felgenbett und auch der Fahrradreifen thermisch belastet. Schließlich kommt es bei unzentrierten Felgen zu ständigem Kontakt zwischen Bremsbacken und der Felgenseite, so daß unerwünschte Bremswirkungen entstehen können.

Deswegen wurden bisher vor allem beim sportlichen Einsatz von Mountainbike-Fahrrädern oder Straßenrennmaschinen Scheibenbremsen eingesetzt. Dabei wird parallel zur Fahrradfelge in der Nähe der Achse des Laufrades mindestens eine Bremsscheibe angebracht, an die die Bremsbacken angepreßt werden, um eine Bremswirkung zu erzielen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei mechanischen Systemen die Bremskraft wegen des geringeren Durchmessers der Bremsscheibe ungenügend war. Deswegen wurden derartige mechanische Scheibenbremsen bisher nur für das hintere Laufrad eines Fahrrades eingesetzt.

Um die Nachteile mechanischer Fahrradscheibenbremsen zu vermeiden, wurde ein hydraulischer Geberzylinder mit dem Bremsgriff am Fahrradlenker derart gekoppelt, daß die Bremskraft über ein in Hydraulikleitungen befindliches hydraulisches Mittel an einen Radbremszylinder in der Nähe der Bremsscheibe übertragen wird. Im Gegensatz zu Scheibenbremsen bei Kraftfahrzeugen muß jedoch ein geeigneter Abstand zwischen Bremsbelägen und Bremsscheibe vorhanden sein, um ein Anlaufen der Bremsbeläge im Fahrzustand zu verhindern. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei herkömmlichen hydraulischen Scheibenbremsen nur ein sehr kleiner Weg von der Ruhestellung der Bremsbeläge bis zur Endstellung bei maximaler Bremsleistung überfahren werden kann. Es besteht also das Problem, entweder eine zu geringe Bremsleistung der hydraulischen Scheibenbremse für Fahrräder zu erzeugen, oder wegen des geringen Abstand zwischen Bremsbelägen und Bremsscheiben ein Anlaufen der Bremsbeläge im Fahrzustand in Kauf zu nehmen.

Aus der DE 9 05 934 ist ein Kraftfahrzeug-Bremszylinder für hydraulische Bremsen bekannt. Dabei sind zwei hintereinander angeordnete, in Bezug aufeinander verschiebbare Kolben von verschiedenem Durchmesser, auf die ein hydraulischer Antriebsdruck unmittelbar einwirkt, innerhalb eines Kraftfahrzeugsbremszylinders angeordnet. Der Kolben von größerem Durchmesser bildet den Zylinder für den Kolben mit kleinerem Durchmesser, der die Bremsbacken betätigt. Der Zutritt der hydraulischen Antriebsflüssigkeit zu dem kleineren Kolben wird durch ein an sich bekanntes Rückschlagventil gesteuert, das in der Ruhelage des Kolbens mit größerem Durchmesser selbsttätig offengehalten wird, so daß zu Beginn der Wirkung des hydraulischen Druckes lediglich der kleine Kolben um eine verhältnismäßig große Hublänge verschoben wird. Wenn die Bremsbacken an die Bremsscheibe auftreffen, schließt durch den erhöhten hydraulischen Druck das Rückschlagventil, wodurch die beiden Kolben als starres ganzes wirken. Durch die so vergrößerte Wirkfläche gegenüber dem hydraulischen Antriebsmittel erhöht sich bei geringem Hub der Bremsbacken der Bremsdruck. Nachteilig wirkt sich bei dieser hydraulischen Bremsvorrichtung für Kraftfahrzeuge jedoch aus, daß der Radbremszylinder bei größerem Bauvolumen einen komplizierten inneren Aufbau aufweist. Dadurch entstehen für den Einsatz im Fahrradbereich zu hohe Kosten.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mehrstufige hydraulische Scheibenbremse für Fahrräder bereitzustellen, die sehr einfach aufgebaut und kostengünstig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Kolbenteil mit großem Durchmesser näher bzgl. einer Bremsscheibe angeordnet ist, als ein Kolbenteil mit kleinerem Durchmesser und der Zylinder des Kolbenteils mit kleinerem Durchmesser durch einen Schenkel des Bremssattels gebildet ist.

Mit der erfindungsgemäßen mehrstufigen hydraulischen Scheibenbremse für Fahrräder wird ein Bremsbacken während einer ersten Stufe über einen großen Weg an die Bremsscheibe herangeführt und während einer weiteren Stufe wird bei geringem Weg des Bremsbackens eine verhältnismäßig große Bremskraft auf die Bremsscheibe übertragen. Durch die sequentielle Anordnung der Kolbenteile mit unterschiedlich großen Durchmessern wird erreicht, daß auf sehr einfache Weise die Kolbenwirkfläche durch Addition der Wirkflächen der hintereinander geschalteten Kolbenteile vergrößert werden kann. Während einer ersten Stufe wird das hydraulische Mittel durch ein Umschaltventil ausschließlich dem Kolbenteil mit kleinerem Durchmesser zugeführt. Dadurch wird das Kolbenteil mit kleinerem Durchmesser auf die Bremsscheibe zugeführt. Ein zwischen dem Kolbenteil mit kleinerem Durchmesser und der Bremsscheibe liegendes Kolbenteil mit großem Durchmesser wird durch das Kolbenteil mit kleinem Durchmesser vorwärts geschoben. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird während dieses ersten Schrittes erreicht, daß beide Kolbenteile einen großen Weg in Richtung der Bremsscheibe zurücklegen.

Wenn ein mit dem Kolbenteil mit großem Durchmesser verbundener Bremsbacken an der Bremsscheibe anliegt, kann durch einen schwimmend gelagerten Bremssattel erreicht werden, daß zusätzlich ein an dem dem Bremszylinder gegenüberliegenden Schenkel des Bremssattels befestigter Bremsbacken an die Bremsscheibe herangeführt wird. Liegen beide Bremsbacken der mehrstufigen hydraulischen Scheibenbremse für Fahrräder an der Bremsscheibe an, so erhöht sich wegen des größeren mechanischen Widerstands schlagartig der Druck des hydraulischen Mittels. Vorteilhafterweise wird zu diesem Zeitpunkt das hydraulische Mittel durch ein Umschaltventil der Wirkfläche des Kolbenteils mit großem Durchmesser zugeführt oder zusätzlich zugeführt, so daß sich die Wirkflächen beider Kolbenteile addieren. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird in dieser weiteren Stufe bei kleinem Weg der Bremsbacken eine relativ hohe Bremskraft erzeugt.

Durch die Addition der Kolbenwirkflächen läßt sich auf sehr einfache Weise mit wenigen Bauteilen eine mehrstufige Scheibenbremsvorrichtung aufbauen. Statt zweier Kolben kann auch ein einstückiger Stufenkolben mit T-förmigem Längsschnitt zur Erzeugung der zweistufigen Bremskraft eingesetzt werden.

Vorteilhafterweise wird in eine Hydraulikleitung, die der Zuführung des hydraulischen Mittels zu den Wirkflächen der Kolbenteile dient, neben dem Umschaltventil ein Rückstromventil eingeschaltet, das den Rückfluß des hydraulischen Mittels aus dem Kolbenteil mit kleinerem Durchmesser verhindert. Eine zusätzliche, als flexible Schlauchleitung ausgeführte Hydraulikleitung mit einem durch den am Bremsgriff befestigten Geberzylinder gesteuerten Rückstromventil ist vorgesehen, um den Rückfluß des hydraulischen Mittels nach Abschluß des Bremsvorgangs zu gewährleisten.

Vorteilhafterweise ist ein Reservoir für das hydraulische Mittel in der Nähe des Zylinders des Kolbenteils mit großem Durchmesser angebracht, das ein Nachströmen des hydraulischen Mittels zur Wirkfläche des Kolbenteils mit großem Durchmesser während der ersten Stufe vorsieht.

Die Zeichnung zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen mehrstufigen Scheibenbremssystems.

Ein Scheibenbremssystem 1 für Fahrräder weist einen schwimmend gelagerten Bremssattel 2, ein Kolbenteil 3 mit großem Durchmesser und einem Kolbenteil 4 mit kleinem Durchmesser auf. Der Bremssattel 2 ist derart über einer Bremsscheibe 5 angeordnet, daß Bremsbacken 7 und 8 an die Bremsscheibe 5 anpreßbar gelagert sind. Der Bremssattel 2 ist derart ausgeführt, daß an einem Schenkel 10 des Bremssattels 2 ein mehrstufiger Bremszylinder 11 angeordnet ist. In diesem mehrstufigen Bremszylinder 11 ist der von der Bremsscheibe 5 entfernte Kolben 4 mit kleinem Durchmesser und der zur Bremsscheibe 5 naheliegende Kolben 3 mit großem Durchmesser angeordnet. Beide Kolbenteile 3 und 4 werden durch einen nicht dargestellten Rückholmechanismus in ihrer dargestellten Ruhelage gehalten. Die Kolbenteile 3 und 4 sind miteinander fest verbunden. An einer der Bremsscheiben 5 gegenüberliegenden Seite des Kolbenteils 3 mit großem Durchmesser ist der Bremsbacken 8 zur Übertragung der Bremskraft auf die Bremsscheibe 5 angeordnet. An einem dem mehrstufigen Bremszylinder 11 gegenüberliegenden Schenkel 12 des Bremssattels 2 ist der zweite Bremsbacken 7 angeordnet.

Zur Versorgung des mehrstufigen Bremszylinders 11 mit einem hydraulischen Mittel ist eine hydraulische Zuflußleitung 14 vorgesehen, die sowohl mit dem Zylinderbereich 15 des Kolbenteils 3 mit großem Durchmesser und dem Zylinderbereich 16 des Kolbenteils 4 mit kleinem Durchmesser verbunden ist. In die hydraulische Zuflußleitung 14 ist ein hydraulisches Umschaltventil 17 als Weiche zwischen den Zylinderbereichen 15 und 16 angeordnet. In die hydraulische Zuflußleitung 18 zwischen dem hydraulischen Umschaltventil 17 und dem Zylinderbereich 16 ist ein Rückstromventil 19 eingebaut, das den Rückfluß des hydraulischen Mittels vom Zylinderbereich 16 des Kolbenteils 4 mit kleinem Durchmesser durch die hydraulische Zuflußleitung 14 verhindert. Eine Rückstromleitung 21 zur Rückführung des hydraulischen Mittels vom Zylinderbereich 16 des Kolbenteils 4 mit kleinem Durchmesser zum Geberzylinder 22 ist vorgesehen, um nach Abschluß des Bremsvorgangs eine Rückführung des hydraulischen Mittels zuzulassen. Ein Reservoir 23 zur Versorgung des Zylinderbereichs 15 des Kolbenteils 3 mit großem Durchmesser mit dem hydraulischen Mittel während der ersten Stufe des Bremsvorgangs ist am Bremssattel 2 angeordnet.

Claims (9)

1. Mehrstufige hydraulische Scheibenbremse (1) für Fahrräder, die einen an einer Seite eines Bremssattels (2) angeordneten mehrstufigen Bremszylinder (11) aufweist, in dem ein ein- oder mehrteiliger Kolben (3, 4) mit gegenüber einem hydraulischen Mittel unterschiedlich großen Wirkflächen angeordnet ist, und die ein Umschaltventil (17) aufweist und daß das hydraulische Mittel während einer ersten Stufe ein Kolbenteil (4) mit einer ersten Wirkfläche und während einer weiteren Stufe ein Kolbenteil (3) mit einer zweiten Wirkfläche antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolbenteil (3) mit großem Durchmesser näher bzgl. einer Bremsscheibe (5) angeordnet ist, als ein Kolbenteil (4) mit kleinerem Durchmesser und ein Zylinder (16) des Kolbenteil (4) mit kleinerem Durchmesser durch einen Schenkel (10) des Bremssattels gebildet ist.

2. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Mittel während einer ersten Stufe das Kolbenteil (4) mit kleinem Durchmesser und während einer weiteren Stufe das Kolbenteil (4) mit kleinem Durchmesser und das Kolbenteil (3) mit großem Durchmesser antreibt.

3. Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenteile (3, 4) durch ein Umschaltventil (17) druckgesteuert aktivierbar sind.

4. Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückstromventil (19) den Rückfluß des hydraulischen Mittels aus einem Zylinderbereich (16) des Kolbenteils (4) mit kleinem Durchmesser während des Bremsvorgangs verhindert.

5. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einteiliger Kolben (4, 5) einen Bereich mit großem und mit kleinem Durchmesser aufweist.

6. Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückstromventil (19) den Rückfluß des hydraulischen Mittels von einem Zylinderbereich (16) des Kolbenteils (4) mit kleinem Durchmesser durch die Zuflußleitung (14) verhindert.

7. Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bremsbacken (8) am Kolbenteil (3) mit großem Durchmesser und ein Bremsbacken (7) an einem dem Bremszylinder (11) gegenüberliegenden Schenkel (12) des Bremssattels (2) befestigt ist.

8. Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremssattel (2) schwimmend gelagert ist.

9. Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reservoir (23) zur separaten Versorgung des Zylinderbereichs (15) des Kolbenteils (3) mit großem Durchmesser mit dem hydraulischen Mittel vorgesehen ist.