DE19739122A1 - Teilbelag-Scheibenbremse - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Teilbelag-Scheiben­ bremse mit einem den radialen Rand einer Bremsscheibe über­ greifenden Bremsgehäuse, das als Bremssattel ausgeführt ist, wobei konstruktive Maßnahmen am Bremssattel zu einer Opti­ mierung des Spannungsverlaufes innerhalb des Bremssattels führen.

Allgemein unterliegen Teilbelag-Scheibenbremsen, als ther­ misch wie auch mechanisch stark beanspruchte Bauteile, unter anderem einer strikten belastungsspezifischen Auslegung. Dabei besteht generell die Tendenz, gewichts- und kostengün­ stige Teilbelag-Scheibenbremsen zu schaffen, die eine mög­ lichst hohe Lebensdauer aufweisen.

Aus der EP 0 341 610 B1 ist eine übliche Teilbelagscheiben­ bremse bekannt, die als Schwimmsattelbremse über einen achs­ festen Bremsträger sowie einen axial dazu verschiebbar an­ geordneten Bremssattel verfügt. Der den äußeren Rand einer Bremsscheibe überragende Bremssattel besitzt eine hydrau­ lische Betätigungsvorrichtung, die eine axial innenliegende Bremsbacke direkt und eine axial außen am Schwimmsattel­ schenkel anliegende Bremsbacke durch Axialverschiebung des Schwimmsattels indirekt gegen die Bremsscheibe anzudrücken vermag. Damit ist der Schwimmsattel, insbesondere im den radialen Rand einer Bremsscheibe überragenden Brücken­ abschnitt infolge der hohen Zuspannkräfte bei Bremsbetäti­ gung stark belastet. Hierbei liegen speziell im Übergangs­ bereich zwischen dem Brückenabschnitt und dem axial außen­ liegenden, faustseitigen Schwimmsattelschenkel kritische Spannungszonen, die nicht selten Ausgangspunkt eines Anris­ ses im Bremssattel sein können. In der genannten Patent­ schrift werden zwar konstruktive Maßnahmen am Schwimmsattel geschildert, vor allem Ausnehmungen nach Fig. 19 bzw. Fig. 22 innerhalb des Brückenabschnittes, die jedoch einzig und allein der positionsgenauen Aufnahme und Führung der Brems­ backen dienen und keine positiven Auswirkungen auf den Span­ nungsverlauf innerhalb des Bremssattels ausüben. Vielmehr reduzieren sie sogar den tragenden Brückenquerschnitt.

Ausgehend davon besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Teilbelag-Scheibenbremse anzugeben, bei der durch ein­ fache, jedoch gezielte konstruktive Maßnahmen am Bremssattel ein verbesserter Spannungsverlauf innerhalb des Bremssattels bei Bremsbetätigung realisiert wird.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 1. Danach besitzt die Teilbelag-Scheiben­ bremse einen den radialen Rand einer Bremsscheibe übergrei­ fenden Bremssattel, wobei der Bremssattel zu beiden Seiten der Bremsscheibe sich im wesentlichen parallel erstreckende Sattelschenkel aufweist, die durch einen axial den radialen Bremsscheibenrand überragenden Brückenabschnitt miteinander verbunden sind. Zur Optimierung des Spannungsverlaufes vor allem im während der Bremsbetätigung stark belasteten Brüc­ kenabschnitt ist am Bremssattel zumindest eine Entlastungs­ kerbe angeformt.

Vorzugsweise wird die Entlastungskerbe am Übergangsbereich vom Brückenabschnitt zum Sattelschenkel ausgebildet, wodurch sie sich in unmittelbarer Nähe des Ortes mit den maximalen Spannungen im Brückenabschnitt und damit im potentiellen Anrißbereich des Bremssattels befindet. In einer Weiterbil­ dung der Erfindung ist die Entlastungskerbe radial innen, der Bremsscheibe gegenüberliegend, am Brückenabschnitt aus­ gebildet. Es erweist sich hierbei als ausreichend, lediglich den Rand des Brückenabschnittes in Umfangsrichtung mit einer Entlastungskerbe zu versehen, wobei diese idealerweise an beiden Seiten des Brückenabschnittes in Umfangsrichtung an­ geformt sind. Die Anwendung derartiger Entlastungskerben ist generell auf alle verschiedenen Sattelbauarten von Teilbelag-Scheibenbremsen anwendbar. Allerdings ergeben sich besonders vorteilhafte Auswirkungen solcher Entlastungsker­ ben im Falle von Schwimmsattelbremsen, bei denen der Brems­ sattel axial verschiebbar zu einem Bremsträger gelagert ist.

Der vorteilhafte Einsatz der beschriebenen Entlastungskerben ist insbesondere auch bei der Umsetzung von Leichtbaukonzep­ ten für Teilbelag-Scheibenbremsen zu empfehlen, da die Ent­ lastungskerben an sich nur einen vernachlässigbar kleinen Einfluß auf die Steifigkeit des Bremssattels ausüben.

Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung besitzt jede Entlastungskerbe einen im Querschnitt stetigen Kontur­ verlauf, wodurch scharfe Kanten sowie Bereiche starker Kerb­ wirkung vermieden werden. Besonders kostengünstig kann die Entlastungskerbe unmittelbar beim Gießen des Bremssattels angeformt werden, wodurch sich für die konstruktive Umset­ zung kein weiterer Bearbeitungsschritt ergibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich­ nung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine räumliche Ansicht eines Leichtbaubremssattels mit Entlastungskerben zur Optimierung des Spannungs­ verlaufes innerhalb des Bremssattels.

Der in Fig. 1 dargestellte Bremssattel 1 basiert auf einem Leichtbaukonzept für eine Schwimmsattel-Teilbelagscheiben­ bremse. Er ist als Schwimmsattel 1 axial verschiebbar an einem nicht gezeigten Bremsträger aufgenommen und übergreift den radialen Rand einer nicht gezeigten Bremsscheibe sowie beiderseits der Bremsscheibe angeordnete Bremsbacken. Der Schwimmsattel 1 verfügt über zu beiden Seiten der Brems­ scheibe im wesentlichen sich parallel erstreckende Sattel­ schenkel 2, 3, die durch einen axial die Bremsscheibe überra­ genden Brückenabschnitt 4 miteinander verbunden sind. In den axial innenliegenden Sattelschenkel 3 ist eine hydraulische Betätigungseinrichtung 5 integriert, die im wesentlichen aus einer Zylinderbohrung im Sattelschenkel 3 sowie einem axial darin verschiebbar angeordneten Bremskolben besteht. Im Fal­ le einer Bremsbetätigung und damit einer hydraulischen Druckbeaufschlagung der Betätigungseinrichtung 5 wird die axial innenliegende Bremsbacke vom Bremskolben direkt und die axiale außen am faustseitigen Sattelschenkel 2 anliegen­ de Bremsbacke indirekt durch Axialverschiebung des Schwimm­ sattels 1 zur Reibanlage mit der Bremsscheibe gebracht. Der Schwimmsattel 1 wird damit durch die Zuspannkräfte während der Bremsbetätigung insbesondere im Brückenabschnitt 4 in Form von Zugspannungen stark beansprucht. Der in Fig. 1 gezeigte Schwimmsattel 1, der als Leichtbaukonstruktion aus einem Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, besteht, besitzt aus diesem Grunde bereits im wesentlichen axial über den Brückenabschnitt 4 sowie den innenliegenden Sattelschenkel verlaufende Rippen 6. Die Rippen 6 bewirken in Kombination sowohl eine Versteifung des gesamten Schwimmsattels 1 sowie auch eine verbesserte Temperaturabstrahlung bzw. einen ver­ stärkten Kühleffekt insbesondere im Bereich der hydrauli­ schen Betätigungseinrichtung 5. Selbst diese Maßnahme zur Schwimmsattelversteifung kann jedoch nicht die unerwünschten Spannungsspitzen innerhalb insbesondere des Brückenabschnit­ tes 4 während der Bremsbetätigung entscheidend reduzieren.

Solche Spannungsspitzen befinden sich insbesondere im Über­ gangsbereich vom Brückenabschnitt 4 zum axial außenliegenden Sattelschenkel 2 und stellen nicht selten den Ausgangspunkt für einen Anriß im Brückenabschnitt 4 dar. Hierbei liegen die absoluten Höchstwerte der gemessenen Spannungen inner­ halb des Brückenabschnittes 4 an den Rändern 7 des Brücken­ abschnittes 4 in Umfangsrichtung sowie radial innen, das heißt der Bremsscheibe gegenüberliegend. Zur Reduzierung der dortigen Spannungsspitzen hat es sich aufgrund von rechner­ gestützen Belastungssimulationen am Bremssattel erwiesen, daß in dieser Zone angeordnete Entlastungskerben 8 zu einer erheblichen Reduzierung der vorliegenden Spannungsspitzen führen können. Als Ergebnis einer solchen Simulationsrech­ nung liegen die Entlastungskerben 8 damit unmittelbar be­ nachbart zum üblicherweise vorgesehenen Radienübergang 9 zwischen dem faustseitigen Sattelschenkel 2 und der radialen Innenseite des Brückenabschnittes 4. Die eigentlichen Entla­ stungskerben 8, die einen ausgerundeten radialen Einschnitt in den Brückenabschnitt 4 darstellen, haben dabei insgesamt eine vernachlässigbare Auswirkung auf die Gesamtsteifigkeit des Schwimmsattels 1. Demgegenüber steht die etwa 10%ige Herabsetzung der Spannungsspitzen im Brückenabschnitt 4 und die sich daraus ergebende annähernde Verdopplung der Lebens­ dauer des Schwimmsattels 1.

Die Umsetzung einer Entlastungskerbe 8, wie sie am Beispiel eines Leichtbauschwimmsattels 1 im Bereich des faustseitigen Brückenabschnittes 4 verdeutlicht wird, ist selbstverständ­ lich auch bei anderen Sattelkonstruktionen denkbar. Eine derartige Entlastungskerbe 8 läßt sich ohne weiteres auch bei Bremssätteln aus anderen Gußwerkstoffen anformen und darüber hinaus auch bei Teilbelag-Scheibenbremsen der Fest­ sattelbauart anwenden. Gegebenenfalls läßt sich jedoch bei anderen Bremssattelbauarten auf Grundlage einer Spannungs­ berechnung eine etwas andere Position der Entlastungskerbe 8 am Bremssattel ermitteln. Die genaue Position der Entla­ stungskerbe läßt sich je nach Anwendungsfall anhand der Si­ mulationsrechnung am Bremssattel optimieren.

Die eigentliche Gestaltung der Entlastungskerbe 8 sieht ei­ nen stetigen Konturverlauf für die Begrenzung der Entla­ stungskerbe vor. Es ergibt sich somit in erster Linie eine Entlastungskerbe 8 in Form einer gerundeten Ausnehmung, die aufgrund der Kerbwirkung scharfe Kanten sowie unstetige Ma­ terialübergänge vermeidet. Besonders vorteilhaft und kosten­ günstig kann dabei die Entlastungskerbe 8 unmittelbar beim Gießen des Bremssattels 1 angeformt werden. Die erforderli­ chen mechanischen, insbesondere spanenden Bearbeitungs­ schritte beispielsweise am Scheibenfreigang bzw. der faust­ seitigen Bremsbackenanlage können wie bisher üblich am Bremssattelrohteil erfolgen, wobei die Entlastungskerbe 8 am fertigen Bremssattel 1 in ihrer Rohteilausführung verbleibt. Im Gegensatz zu anderen lebensdauerverlängernden konstrukti­ ven Maßnahmen am Bremssattel, beispielsweise Versteifungs­ rippen, ist im Falle der erfindungsgemäßen Entlastungskerbe 8 kein Mehrgewicht am Bremssattel 1 erforderlich.

Die auf Spannungsberechnungen gestützt, gezielt gestaltete Entlastungskerbe 8 stellt damit eine gewichtsneutrale kon­ struktive Maßnahme dar und ist somit insbesondere für Leichtbaubremssättel von großer Bedeutung.

Claims (7)

1. Teilbelag-Scheibenbremse mit einem den radialen Rand einer Bremsscheibe übergreifenden Bremssattel (1), wobei der Bremssattel (1) zu beiden Seiten der Bremsscheibe sich im wesentlichen parallel erstreckende Sattelschen­ kel (2, 3) aufweist, die durch einen axial den radialen Bremsscheibenrand überragenden Brückenabschnitt (4) mit­ einander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Optimierung des Spannungsverlaufes im Brückenabschnitt (4) am Bremssattel (1) zumindest eine Entlastungskerbe (8) am Bremssattel (1) angeformt ist.

2. Teilbelag-Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Entlastungskerbe (8) am Übergangs­ bereich vom Brückenabschnitt (4) zum Sattelschenkel (2, 3) ausgebildet ist.

3. Teilbelag-Scheibenbremse nach einem der vorherigen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungs­ kerbe (8) radial innen, der Bremsscheibe gegenüberlie­ gend, am Brückenabschnitt (4) ausgebildet ist.

4. Teilbelag-Scheibenbremse nach einem der vorherigen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an zumindest einem Rand (7) des Brückenabschnittes (4) in Umfangsrichtung eine Entlastungskerbe (8) angeformt ist.

5. Teilbelag-Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbelag-Scheiben­ bremse einen axial verschiebbaren Schwimmsattel (1) mit Brückenabschnitt (4) und Sattelschenkeln (2, 3) aufweist.

6. Teilbelag-Scheibenbremse nach einem der vorherigen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungs­ kerbe (8) von einer stetigen Kontur begrenzt ist.

7. Teilbelag-Scheibenbremse nach einem der vorherigen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungs­ kerbe unmittelbar beim Gießen des Bremssattels (1) ange­ formt wird.