DE202012012615U1 - Scheibenbremse für ein Nutzfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Scheibenbremse für ein Nutzfahrzeug, mit einem an einem fahrzeugseitigen Bremsträger (2) befestigten, eine Bremsscheibe (11) übergreifenden Bremssattel (1), in dem eine Zuspanneinrichtung (3) angeordnet ist, die einen an eine Brücke (5) angreifenden, schwenkbaren Bremshebel (6) aufweist, wobei in der Brücke (5) zwei parallel und abständig zueinander positionierte, verstellbare Druckstempel (4) angeordnet sind, die eine längs gestreckte, bezogen auf eine Querachse (Q) spiegelsymmetrische Belagträgerplatte (9) eines zuspannseitigen Bremsbelages (8) kontaktieren, der ebenso wie ein reaktionsseitiger an einem Rücken des Bremssattels (1) anliegender Bremsbelag (8) in einem durch Bremsträgerhörner (12) begrenzten Belagschacht des Bremsträgers (2) einliegt und wobei beide Bremsbeläge (8) in Bremsstellung beidseitig gegen die Bremsscheibe (11) gepresst sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenschwerpunkt jeder Hälfte der Belagträgerplatte (9) mit kleinerem Abstand zur Querachse (Q) liegt als der zentrale Angriffspunkt (Z) des zugeordneten Druckstempels (4) und/oder der radiale Abstand des zentralen Angriffspunktes (Z) des jeweiligen Druckstempels (4) zur Mittelachse der Bremsscheibe (11) kleiner ist als der des zugeordneten Flächenschwerpunkts (S1, S2) und/oder der Abstand (b) eines bei einer Bremsung durch den Anpressdruck des einlaufseitigen Druckstempels (4) sich ergebenden Kraftvektors (F2) zur freien Kante (K) des auslaufseitigen Bremsträgerhorns (12) kleiner ist als der Abstand (a) des durch den auslaufseitigen Anpressdruck sich ergebenden Kraftvektors (F1).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse für ein Nutzfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Derartige Scheibenbremsen sind hinlänglich bekannt. Beispielhaft sei auf die DE 94 22 342 U1 verwiesen, in der eine gattungsgemäße Scheibenbremse geoffenbart ist.
  • Diese, pneumatisch oder elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremsen weisen großflächige Bremsbeläge auf, um eine höchstmögliche Lebensdauer zu erreichen.
  • Allerdings ergeben sich mit der Verwendung dieser großflächigen Bremsbeläge Probleme bezüglich einer Druckverteilung auf die Reibfläche, die ungleichmäßig verschleißt.
  • Bei Scheibenbremsen, die lediglich einen Druckstempel aufweisen, sind, um einen übermäßigen Verschleiß des Reibbelages, den sogenannten Hohlverschleiß, in der Druckzone zu vermeiden bzw. zu reduzieren, die Belagträgerplatten sehr massiv, d.h. dick ausgebildet. Denn dieser Hohlverschleiß erfordert einen erhöhten Hubbedarf der Bremse und führt überdies zu einer verstärkten Geräuschentwicklung.
  • Bei einer gattungsgemäßen Scheibenbremse, bei der zwei parallel und abständig zueinander angeordnete Druckstempel vorgesehen sind, ist die Druckverteilung verbessert, so dass auf die massive Ausführung der Belagträgerplatte verzichtet werden kann.
  • Jedoch kann auch bei einer solchen Scheibenbremse ein ungleicher Verschleiß der Bremsbeläge auftreten, wenn der Kraftangriff der Druckstempel in radialer Richtung zu hoch oder zu niedrig angeordnet oder in tangentialer Richtung der Abstand der beiden Druckstempel zu groß oder zu gering ist.
  • Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass aufgrund einer zu niedrigen Abstützhöhe der Bremsbeläge an den Bremsträgerhörnern in Umfangs- bzw. Drehrichtung der Bremsscheibe der jeweilige Bremsbelag sich radial herausdreht. Dies führt dazu, dass der Bremssattel durch die an einer Anpressfläche des Sattelrückens wirksamen Reibkräfte in radialer Richtung geschwenkt wird und damit diese Andruckfläche eine nicht parallele Stellung zur Bremsscheiben-Reibfläche einnimmt. Daraus ergeben sich unterschiedliche Andruckbedingungen und ein ungleicher und insgesamt erhöhter Verschleiß.
  • Ein weiteres Problem ergibt sich durch die sogenannte dynamische Kraftangriffs-Verlagerung. Hierbei wandert im Falle hoher Betätigungskräfte, die mit großen Satteldeformationen einhergehen, der Kraftangriffspunkt auf der Sattelrückenseite aufgrund einer ungleichförmigen Aufweitung des Sattels radial nach außen. Dadurch besteht die Gefahr eines Radialschrägverschleißes sowie eines Herausdrehens der Bremsbeläge.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Scheibenbremse der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass eine stets gleichmäßige Verschleißbeanspruchung beider Bremsbeläge über ihre gesamte Reibfläche erreicht wird und damit eine Erhöhung der Standzeit.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Scheibenbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch diese konstruktive Maßnahme ist eine optimierte Druckverteilung auf die Bremsbeläge, eine minimale Deformation der Belagträgerplatten sowie eine Vermeidung des Herausdrehens aus dem Bremsträger erreicht, wobei der Verschleiß des Bremsbelages an der gesamten Reibfläche gleichmäßig ist.
  • Der Verschleiß ist der pro Flächeneinheit umgesetzten Reibenergie proportional. Diese wiederum wird bestimmt durch das Produkt aus Flächenpressung x Reibbeiwert x Fläche x Reibgeschwindigkeit. Da die Reibgeschwindigkeit proportional zum Reibradius zunimmt, muss die Flächenpressung in umgekehrter Abhängigkeit verändert werden. Andererseits ist zu berücksichtigen, dass der Reibbeiwert üblicherweise geschwindigkeitsabhängig nachlässt, was ebenfalls in der Festlegung der Druckverteilung berücksichtigt werden muss.
  • Dabei beträgt das Verhältnis der Reibgeschwindigkeit zwischen dem Außenund einem Innendurchmesser des Bremsscheiben-Reibringes ca. 1,65:1. Das Verhältnis der zuzuordnenden Reibbeiwerte bei mittleren Reibgeschwindigkeiten ergibt sich bei ca. 1:0,75. Daraus ergibt sich, dass die Krafteinleitungsposition, also der zentrale Angriff der Druckstempel zur Erzielung eines gleichmäßigen Verschleißverhaltens in radialer Richtung eher zur Bremsscheibenmitte hin angeordnet sein muss als die Flächenschwerpunkte der zugeordneten Bremsbelaghälften.
  • Da das Gewicht des Bremsbelages geringgehalten werden soll, ist die Belagträgerplatte möglichst leicht und damit dünnwandig auszuführen. Um nun die gewünschte Druckverteilung auch in tangentialer Richtung zu erzielen, muss bei der Wahl der Krafteinleitungspunkte auch das unterschiedliche Steifungsverhalten der Belagträgerplatte im Bereich zwischen den Druckstempeln gegenüber den Randbereichen berücksichtigt werden. Vereinfacht dargestellt entspricht dabei der mittlere, zwischen den Druckstempeln befindliche Bereich der Belagträgerplatte einem beidseitig eingespannten Träger unter Streckenlast, während die freien Enden der Belagträgerplatte einem einseitig eingespannten Träger unter Streckenlast entsprechen. Die Wahl des Abstandes der beiden Druckstempel ist durch die Erfindung so getroffen, dass sich unter Berücksichtigung des unterschiedlichen Deformationsverhaltens an den Belagenden die gleiche Durchbiegung ergibt wie in der Mitte zwischen den beiden Druckstempeln.
  • Um ein Herausdrehen der Bremsbeläge bei einer Bremsung aus dem Bremsträger zu verhindern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Abstand eines bei der Bremsung durch den Anpressdruck des einlaufseitigen Druckstempels sich ergebender Kraftvektor zur freien Kante des auslaufseitigen Bremsträgerhorns kleiner ist als der Abstand des durch den auslaufseitigen Anpressdruck sich ergebenden Kraftvektors. Bevorzugt ist die Differenz zwischen beiden Abständen mindestens 10 Prozent, wodurch eine sichere Abstützung erreicht wird.
  • Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1 den schematischen Aufbau einer Scheibenbremse in einer teilweise geschnittenen Draufsicht
  • 2 einen Teilausschnitt der Scheibenbremse in einer schematischen Seitenansicht
  • 3 einen Querschnitt durch die Scheibenbremse gemäß der Linie III-III in 1
  • 4 eine vergrößerte schematische Darstellung einer Exzenterbahn des Bremshebels der Scheibenbremse bei dessen Betätigung.
  • In der 1 ist eine Schiebesattel-Scheibenbremse dargestellt, mit einem eine Bremsscheibe 11 übergreifenden Bremssattel 1, der verschiebbar an einem fahrzeugseitigen Bremsträger 2 gehalten ist.
  • Im Bremsträger 2 sind zwei Bremsbeläge 8 angeordnet, jeweils bestehend aus einer Belagträgerplatte 9 und einem darauf befestigten Reibbelag 10, der bei Betätigung der Bremse gegen die Bremsscheibe 11 pressbar ist.
  • Hierzu ist eine Zuspanneinrichtung 3 im Bremssattel 1 angeordnet, mit zwei Druckstempeln 4, die in einer Brücke 5 axial verstellbar gelagert sind und die endseitig an eine zugeordnete Belagträgerplatte des zuspannseitigen Bremsbelages 8 angreifen.
  • Bei einer Bremsung wird ein pneumatisch oder elektromechanisch betätigbarer Stößel 13 gegen einen Bremshebel 6 gedrückt (3), der am anderen Ende als Exzenter 15 ausgebildet ist und der einerseits an einer sich an der Brücke 5 abstützenden Lagerwelle 14 und anderseits an einer Exzenterbahn 16 des Bremssattels 1 anliegt.
  • Zum Ausgleich eines verschleißbedingten Lüftspiels der Bremsbeläge 8 ist eine Nachstelleinrichtung 7 vorgesehen, die in Eingriff mit den Druckstempeln 4 steht, durch deren Verdrehen besagtes Lüftspiel ausgeglichen werden kann.
  • In der 2 ist der in einen beidseitig von Bremsträgerhörnern 12 begrenzten Belagschacht eingesetzte längsgestreckte Bremsbelag 8 erkennbar, der, bezogen auf eine Querachse Q spiegelsymmetrisch ausgebildet ist.
  • Erfindungsgemäß liegt der Flächenschwerpunkt S1, S2 jeder Hälfte der Belagträgerplatte 9 mit kleinerem Abstand zur Querachse Q als der zentrale Angriffspunkt Z des zugeordneten Druckstempels 4, dessen Kontur in der 2 strichpunktiert dargestellt ist.
  • Alternativ oder ergänzend ist der radiale Abstand x5 des zentralen Angriffspunkt Z des jeweiligen Druckstempels 4 zur Mittelachse M der Bremsscheibe 11 kleiner als der radiale Abstand X6 des zugeordneten Flächenschwerpunktes S1, S2.
  • Weiter ist der Abstand b des bei einer Bremsung durch den Anpressdruck des einlaufseitigen Druckstempels 4 sich ergebenden Kraftvektors F2 zur freien Kante K des auslaufseitigen Bremsträgerhorns 12 kleiner als der Abstand a des durch den auslaufseitigen Anpressdruck sich ergebenden Kraftvektors F1.
  • Im Beispiel ist die Länge L der Belagträgerplatte 9 248 mm, der Abstand X1 der zentralen Angriffspunkte Z der beiden Druckstempel 4 zueinander 131 mm und der Abstand X2 der Flächenschwerpunkte S1, S2 zueinander 116,4 mm. Mit diesem Versatz von ca. 15 mm wird für das betrachtete Bremsbelag-Format eine insgesamt minimierte Durchbiegung erreicht.
  • Die Flächenschwerpunkte S1, S2 liegen in einem Abstand X7 von 50 mm zur Auflage A im Belagschacht des Bremsträgers 2. Die Verbindungsgerade der beiden Schwerpunkte S1, S2, die die theoretisch optimale Kraftangriffslinie darstellt, weist an der Mittelachse M der Bremsscheibe 11 einen Abstand x6 von 163 mm und der Abstand x5 der Verbindungsgeraden der beiden zentralen Angriffspunkte Z zur Mittelachse M 161 mm auf, wobei der zulässige Toleranzbereich dieser Kraftangriffslinie zwischen 159 und 162 mm liegt.
  • Im Mittelwert liegt somit die Kraftangriffslinie ca. 2 bis 3 mm unter der Verbindungslinie der beiden Flächenschwerpunkte S1, S2, wodurch eine zufriedenstellende Kompensation des Einflusses der in radialer Richtung zunehmenden Reibgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der Geschwindigkeitsabhängigkeit des Reibbeiwertes der Bremsbeläge erzielt wird.
  • Im Beispiel ist die notwendige Abstützhöhe, d.h., die Höhe der Kante K des Bremsträgerhorns 12 zur Auflagefläche A des Belagschachtes 71 mm und der Reibradius R 172,6 mm.
  • In der 3 ist ein Querschnitt der Scheibenbremse als Prinzipdarstellung der Hebel-Kinematik gezeigt, während die 4 eine vergrößerte Darstellung der Exzenterbahn 16 bei Betätigung des Bremshebels 6 wiedergibt.
  • Im Fall großer Betätigungskräfte und damit großer Sattelverformungen, die wiederum große Betätigungswege hervorrufen, wandert der Drehpunkt des Gelenklagers der Lagerwelle 14 auf seiner Kreisbahn von einer zur Bremsscheibenachse parallelen Gerade, abweichend um mehrere Zehntel Millimeter in Richtung der Mittelachse M der Bremsscheibe. Damit wird eine leichte Schrägstellung der Brücke 5 sowie der darin verschraubten Druckstempel 4 hervorgerufen, wodurch auch die Druckfläche der Druckstempel 4 gegenüber der Bremsscheibenreibfläche leicht schräg gestellt wird und zwar in der Weise, dass sie radial innen einen geringeren Abstand zur Bremsscheibenreibfläche aufweisen als radial außen, wie durch die Pfeile kenntlich gemacht. Damit wird eine Verlagerung des Kraftangriffs der Druckstempel 4 radial nach innen bewirkt.
  • Da nun der Kraftangriff an dem der Brücke 5 gegenüberliegenden Sattelrücken infolge der ungleichen Aufweitung radial nach außen und der Kraftangriff der Druckstempel 4 durch die Drehpunkt-Verschiebung radial nach innen verlagert ist, bildet sich aufgrund des Abstandes der Kraftwirklinien ein auf den Bremssattel 1 quer zur Längsachse wirkendes Drehmoment aus, das auf den Bremssattel 1 eine einen unerwünschten Effekt der Sattelaufweitung korrigierende Wirkung ausübt.
  • Die Anordnung der Exzenterbahn 16 des Hebel-Gelenklagers ist zur Erzielung dieses Effektes derartig ausgebildet, dass nach Überwindung eines Lüftspiels im Wesentlichen nur noch eine von der Geraden abweichende Bewegung des Gelenklager-Drehpunktes auf die Bremsscheiben-Drehachse zu erfolgt. Bei Vollhub der Bremse sollte diese Abweichung X4 von der Geraden mindestens 0,3 mm und maximal 0,8 mm betragen.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung der Folgen einer zur Bremsscheibenreibfläche nicht parallelen Andruckfläche des Sattelrückens ist, diese Druckfläche radial nach außen zu begrenzen. Hierdurch wird erreicht, dass eine nicht parallele Andruckfläche nur noch begrenzt Einfluss auf die Krafteinleitungsverhältnisse am Sattelrücken hat.
  • Eine optimierte Auslegung der Scheibenbremse zur Realisierung eines gleichmäßigen Verschleißverhaltens der Bremsbeläge 8 wird durch folgende, gegebenenfalls in Kombination anzuwendende Konstruktionsmerkmale erzielt, wobei die Maße in Millimeter angegeben sind. Dabei ist das Beispiel ausgelegt für eine Scheibenbremse für die Radgröße 22,5".
    Merkmal von–bis optimal
    Bremsscheiben Durchmesser 420–436 430–432
    Bremsbelag Länge 244–252 248
    Belag Radius Außen (Reibmaterial) 212–218 215
    Belag Radius Innen (Reibmaterial) 125–133 131
    Abstand Belagabstützung-Bremsscheibenachse 108–118
    113
    Abstand Belagabstützung-Flächenschwerpunkt 45–52
    50,0
    Abstand Flächenschwerpunkt-Bremsscheibenachse 158–165
    163
    Abstand der Teil-Flächenschwerpunkte voneinander 112–120
    116,4
    Belagabstützhöhe ab Belagabstützung 67–80 71...81
    Belagabstützhöhe ab Bremsscheibenachse 180–190 184...188
    Abstand der Druckstempel voneinander 125–136 131
    Abstand Druckstempel Bremsscheibenachse 157–163
    161
    Exzenter Querbewegungnach Lüftspielüberwindung 0,2–0,6
    0,4
    Abstand der Brückenführung von Exzentermitte 38–48
    43,5
    Hebelarm Länge 75...–...90 88
    Exzenterlänge 4,5–6,5 5,64
    Übersetzungsverhältnis 13,5–20,0 15,6
    Abstand Kippkante-Bremsscheibenachse 180–190 184...188
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 9422342 U1 [0002]

Claims (9)

  1. Scheibenbremse für ein Nutzfahrzeug, mit einem an einem fahrzeugseitigen Bremsträger (2) befestigten, eine Bremsscheibe (11) übergreifenden Bremssattel (1), in dem eine Zuspanneinrichtung (3) angeordnet ist, die einen an eine Brücke (5) angreifenden, schwenkbaren Bremshebel (6) aufweist, wobei in der Brücke (5) zwei parallel und abständig zueinander positionierte, verstellbare Druckstempel (4) angeordnet sind, die eine längs gestreckte, bezogen auf eine Querachse (Q) spiegelsymmetrische Belagträgerplatte (9) eines zuspannseitigen Bremsbelages (8) kontaktieren, der ebenso wie ein reaktionsseitiger an einem Rücken des Bremssattels (1) anliegender Bremsbelag (8) in einem durch Bremsträgerhörner (12) begrenzten Belagschacht des Bremsträgers (2) einliegt und wobei beide Bremsbeläge (8) in Bremsstellung beidseitig gegen die Bremsscheibe (11) gepresst sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenschwerpunkt jeder Hälfte der Belagträgerplatte (9) mit kleinerem Abstand zur Querachse (Q) liegt als der zentrale Angriffspunkt (Z) des zugeordneten Druckstempels (4) und/oder der radiale Abstand des zentralen Angriffspunktes (Z) des jeweiligen Druckstempels (4) zur Mittelachse der Bremsscheibe (11) kleiner ist als der des zugeordneten Flächenschwerpunkts (S1, S2) und/oder der Abstand (b) eines bei einer Bremsung durch den Anpressdruck des einlaufseitigen Druckstempels (4) sich ergebenden Kraftvektors (F2) zur freien Kante (K) des auslaufseitigen Bremsträgerhorns (12) kleiner ist als der Abstand (a) des durch den auslaufseitigen Anpressdruck sich ergebenden Kraftvektors (F1).
  2. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) mindestens 10 % größer ist als der Abstand (b).
  3. Scheibenbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der beiden Flächenschwerpunkte (S1, S2) bei einer Scheibenbremse für eine Radgröße 22,5" 112–120 mm und der Abstand der zentralen Angriffspunkte (Z) 125–136 mm beträgt.
  4. Scheibenbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (X7) des jeweiligen Flächenschwerpunktes (S1, S2) 45–52 mm zu einer Auflagefläche (A) des Bremsträgers (2) ist.
  5. Scheibenbremse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der tangentiale Abstand (X3) der freien Kante (K) der Bremsträgerhörner (12) zur Mittelachse (M) der Bremsscheibe (11) 180–190 mm beträgt.
  6. Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der freien Kante (K) des jeweiligen Bremsträgerhorns (12) zur Auflagefläche (A) 67–80 mm beträgt.
  7. Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche des reaktionsseitigen Bremsbelages (8) am Sattelrücken des Bremssattels (1) eine Kippkante aufweist.
  8. Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der tangentiale Abstand (X6) der Flächenschwerpunkte (S1, S2) zur Mittelachse (M) 158–165 mm beträgt.
  9. Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der tangentiale Abstand (X5) der zentralen Angriffspunkte (Z) zur Mittelachse (M) 157–163 mm beträgt.
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