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Scheibenbremsanlage für Kraftwagen Personenwagen schon von 800 kg
Leergewicht ab werden derzeit zur Reduktion der Betätigungs-Fusskraft mit Servoeinrichtungen
in Form von Unterdruckhilfen versehen. Dabei sind überwiegend die Vorderräder mit
Teilbelagscheiben- und die Hinterräder mit Trommelbremsen ausgerüstet. Eine Trommelbremse
benötigt bei hoher Belastung einen zusätzlichen Betätigungshub, weil sich die Trommel
dehnt. Darüberhinaus erfordert die Teilbelagscheibenbremse ein grosses Betätigungsvolumen
als Folge des relativ grossen Lüftspieles und der Verformung des Bremssattels. Diese
Eigenschaften der beiden Bremsbauarten machen ein Servogerät schon bei kleinen Fahrzeugen
erforderlich, weil anderenfalls die Fusskräfte zum Bedienen der Bremsen zu gross
würden. Die Scheibenbremse an den Vorderrädern mit dem geringen Bremsenkennwert
sorgt für eine Spurhaltung bei Gefahrbremsung, die Trommelbremse an den Hinterrädern
dient gleichzeitig als Feststellbremse. Nun weist aber eine Trommelbremse gegenüber
einer Scheibenbremse ohne Reibungsselbstverstärkung einen fast vierfachen Bremsenkennwert
auf.
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Die Diskrepanz bezüglich der Bremsenkennung sowie die Erkenntnis,
dass ein Ueberbremsen der Hinterräder gefährlicher als ein Ueberbremsen der Vorderräder
ist, hat seit rund 12 Jahren zur Einführung der vom Anmelder schon 1938 im Forschungsheft
13 der Kraftfahrttechnischen Forschungsarbeiten vorgeschlagenen
Hydraulik-Bremskraftverteiler
geführt, wodurch bisher die krassesten Nachteile der unterschiedlichen Kennungen
von vorderen Teilbelagscheiben- und hinteren Trommelbremsen zum Teil aufgehoben
werden konnten.
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Bei bisherigen Bremsanlagen ist demnach neben der unterschiedlichen
Kennung von Vorder- und Hinterradbremsen der zu hohe Verschleiss der Vorderradscheibenbremsen
wegen der grossen spezifischen Flächenleistung der Reibbeläge sowie die Notwendigkeit
der Anwendung einer die Bremsanlage komplizierenden Servoeinrichtung nachteilig.
Wegen der geplanten Abgasvorschriften ist damit zu rechnen, dass in Zukunft entweder
Servoeinrichtungen mit noch erheblich grösseren Abmessungen benutzt werden müssen
oder ihre Anwendung nur durch Einbau einer zusätzlichen Vakuumpumpe ermöglicht wird.
Bei Wagen der grösseren Mittelklasse zeigt sich darüberhinaus bei Ausfall der Servoeinrichtung
eine nicht mehr zu verantwortende Reduktion der erreichbaren Bremsverzögerung.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, eine Bremsanlage für Personenkraftwagen
zu schaffen, bei der an den Vorder-und Hinterrädern hydraulisch betätigte Scheibenbremsen
ohne Reibungsselbstverstärkung in einer Ausführung angewendet werden, mit denen
ohne Erhöhung der Fusskraft eine Bedienung unter Fortfall eines zusätzlichen Servogerätes
möglich ist.
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Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe besteht in der Vereinigung
folgender,zum zumTeil für sich bekannter, Merkmale: a) Anordnung von vier Vollbelagscheibenbremsen
ohne Reibungsselbstverstärkung mit umlaufendem,radial verrippten Bremsgehäuse und
im Bremsgehäuse untergebrachten, die Bremsbeläge tragenden Bremsringen;
b)
zwischen den Bremsringen gelagerte, konzentrisch zur Bremsenmittenachse angeordnete,
hydraulische Ringbetätigung, bei der mindestens einer der Dichtringe stufenlos ein
Lüftspiel von = 0,2 mm je Bremsseite einhält; c) mindestens 0,3 cm2 Bremsbelagfläche
je kp Kraftwagengesamtgewicht.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Feststellbremsen an
zwei Radbremsen als innerhalb der die Bremstrommeln-bildenden zylindrischen Teile
der achsseitigen Bremsgehäusehälften angeordnete Trommelbremsen ausgebildet. Durch
die Trennung der Reibflächen und Betätigung wird eine zusätzliche Sicherheit geschaffen.
Eine Verwendung der feststehenden oder der umlaufenden Teile der Bremse zum Feststellen
kann auch eine zusätzliche Dehnung der betreffenden Teile verursachen, wodurch dann
eine in gewissen Fahrsituationen mögliche kombinierte Betätigung der Betriebs- und
Feststellbremse durch vergrösserten Volumenbedarf für die Betriebsbremse infrage
gestellt wäre.
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Eine Vollbelagscheibenbremse mit umlaufendem Bremsgehäuse und dazwischen
angeordneten Bremsscheiben kann erfahrugsgemäss im Gegensatz zur Teilbelagscheibenbremse
mit äusserst geringem Lüftspiel betrieben werden, weil die Dehnungen der umlaufenden
und feststehenden Teile bei hoher thermischer Belastung gleich gerichtet sind. Bei
der Teilbelagscheibenbremse kreuzen sich die Dehnungen, die Bremse schliesst sich,
so dass ein zu enges Spiel ein Festgehen der Bremse bedeuten kann. Auf diese Eigenart
der Teilbelagscheibenbremse ist auch die bei einer Vollbelagscheibenbremse nicht
auftretende Geräuschbildung zurückzuführen.
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In den Figuren 1 und 2 sind diese Verhältnisse schematisch dargestellt.
In Fig. 1 ist eine Teilbelagscheibenbremse, in Fig. 2 eine Vollbelagscheibenbremse
mit umlaufendem Gehäuse im Teilschnitt wiedergegeben. Die Pfeile veranschaulichen
die jeweiligen Ausdehungsrichtungen. Bei der Teilbelagscheibenbremse kreuzen sich
diese Pfeile, bei der Vollbelagscheibenbremse gehen die Ausdehnungen in die gleiche
Richtung, so dass das mit a bezeichnete Lüftspiel, eine ausreichende Bremsfläche
je Gewichtseinheit Fahrzeug vorausgesetzt, in der gleichen Grössenordnung über den
Betriebstemperaturbereich erhalten bleibt.
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Der Vorteil der Anwendung einer Scheibenbremsanlage der Erfindung
sei nachfolgend anhand einer vergleichenden Berechnung erläutert.
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Bei einem mittleren Personenkraftwagen, welcher ein Leergewicht von
950 kp, ein Gesamtgewicht von 1350 kp aufweist, erfordert die derzeit verwendete,
aus Teilbelagscheibenbremsen vorn und Trommelbremsen hinten bestehende Bremsanlage
bei einer 80%igen Abbremsung einen Fussdruck von 30 kp am Pedal mit einem Hub von
5,7 cm. Bei diesem Fahrzeug ist ein Servogerät mit einer Verstärkung von 2,64 verwendet.
Die ohne Servogerät erforderliche Betätigungsarbeit von 455 cmkp wird dadurch auf
173 cmkp reduziert. Die beiden Teilscheibenbremsen an den Vorderrädern, welche 2/3
der Bremsleistung aufzunehmen haben, weisen eine Bremsfläche von 105 cm2 auf.
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Bei einer Bremsanlage der Erfindung mit vier Vollbelagscheibenbremsen
ergibt sich eine Betätigungsarbeit von 168 cmkp ohne Verwendung eines Servogerätes.
Bei einem gleichgehaltenen Hub von 5,7 cm ergibt sich also ebenfalls ein höchster
Pedaldruck von 30 kp. Das je Seite eingehaltene Lüftspiel
beträgt
0,1 mm. Jede Scheibenbremse hat eine Belagfläche von 250 cm2, so dass 0,74 cm2 Belagfläche
je kp Fahrzeuggesamtgewicht zur Verfügung steht.
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Bei dieser Bemessung liegt die spezifische Flächenleistung der Bremsbeläge
- ein massgebliches Kriterium für die Lebensdauer - bei einem Viertel der der Teilbelagscheibenbremse
(52,5 cm2 gegenüber 250 cm2 bei der Vollbelagscheibenbremse).
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Die Sicherheit des Fahrzeugs ist also nicht nur durch die verbesserte
Kennung der Bremsen, den durch Fortfall des Servogerätes vereinfachten Aufbau, sondern
auch durch die vervielfachte Lebensdauer der Bremsbeläge verbessert.
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In Fig. 3 ist die der Rechnung zugrunde liegende Bremsanlage der Erfindung
schematisch dargestellt. Mit 1 bis 4 sind die in den Rädern untergebrachte Vollbelagscheibenbremsen
gekennzeichnet. Ueber den Fusshebel 5 erfolgt über den Tandem-Hauptzylinder 6 die
hydraulische Betätigung der Bremsen. Den Vorderradkreis bilden die Leitungen 7 und
8, den Hinterradkreis die Leitung 9, der Bremskraftverteiler 10 sowie die Leitungen
11 und 12. Die Betätigung kann auch bei entsprechender Vorderradaufhängung über
zwei diagonal angeordnete Kreise bei Anordnung je eines Bremskraftverteilers in
jedem Kreis erfolgen. Die mechanische Betätigung der Hinterradbremsen erfolgt durch
den Handhebel 13, das Seil 14, die Winkelhebel 15 und 16, die Seile 17 und 18 und
die Bremsschlösser 19 und 20. Bei Vorderradantrieb können die Bremsen 1 und 2, ebenso
bei Hinterradantrieb und Einzelrad- bzw. DeDion-Aufhängung die Hinterradbremsen
auch am Achsantrieb angeordnet sein.
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In den Abbildungen Fig. 4 und 5 sind die Vorder- und Hinterradbremse
für einen Personenkraftwagen von 2000 kp Bruttogewicht im Masstab 1:1 im Teillängsschnitt
dargestellt. Die
ebenfalls ohne Servogerät betätigten Bremsen dieses
Fahrzeugs sind so bemessen, dass kein Bremskraftverteiler erforderlich ist. Die
Hinterradbremse bringt durch ihre Dimensionierung stets nur rund ein Viertel des
Vorderrad-Bremsmomentes auf.
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Gegenüber der Bremsanlage der vorstehenden Berechnung für ein Fahrzeug
mit 1350 kp Bruttogewicht ist also kein Bremskraftverteiler vorgesehen, wodurch
zusätzlich Betätigungshub eingespart wird.
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In Fig. 4 ist mit 21 der Achsschenkel gekennzeichnet, der die Nabe
22 trägt, an der mittels Radbolzen 23 die Radschüssel 24 mit der Felge 25, sowie
das zweiteilige, aus Deckelteil 26 und Gehäuseteil 27 bestehende Bremsgehäuse befestigt
ist.
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Deckel- und Gehäuseteil sind durch Schrauben 28 miteinander verbunden.
Am Achsschenkel 21 ist mittels Schrauben 29 der Bremsträger 30 befestigt, an dem
die mit Bremsbelag ausgerüsteten Bremsringe 31 und 32 axial frei beweglich, in Umfangsrichtung
fest, gelagert sind. Zwischen den Bremsringen sitzt die aus Ringzylinder 33 und
Ringkolben 34 bestehende hydraulische Betätigungseinheit, deren Ringraum über die
Oelleitung 35 Drucköl zugeführt wird. Schutzbälge 36 und 37 schützen die Ringkolben-
und Ringzylinderflächen gegen eindringenden Schmutz.
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In einer Nut 331 des Ringzylinders 33 sitzt der Dichtring 38 mit viereckigem
Querschnitt. Die Nut 331 ist durch eine in Betätigungsrichtung abgeschrägte Nutwand
derart ausgebildet, dass eine Verformung des Ringes in axialer Richtung zur Einhaltung
eines Lüftspieles möglich ist. Der Ringkolben 34 dagegen besitzt eine einfache Nut
341' in der ein normaler Rundschnurdichtring 39 liegt, der lediglich eine Dichtfunktion
übernimmt und keine Rückstellkräfte erzeugen kann. Bei der Bremsung übertragen Ringzylinder
33 und Ringkolben 34 mittels Rippenfortsätze 332 und 342 die durch das Drucköl vom
Hauptzylinder in die Betätigung eingeleitete Spreizkraft
auf die
Bremsringe 31 und 32 in dem Bereich der Bremsbeläge, wo die resultierende Reibkraft
entsteht.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Hinterradbremse ist das Rad 40 mittels
Kugelbundbolzen 41 am Achswellenflansch 42 befestigt, ebenso das aus Deckelteil
43 und Gehäuseteil 44 bestehende Bremsgehäuse. Bei dieser Hinterradbremse dient
der zylindrische Teil 441 des Gehäuseteils 44 als Trommel für die Feststellbremse,
die über den Zug 45 betätigt wird.
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Deckel- und Gehäuseteil des Bremsgehäuses sind durch Schrauben 46
miteinander verbunden. Am stationären Bremsträger 47, an dem auch die nicht mit
dargestellten Backen der Feststellbremse aufgehängt sind, sind an seinem trommelförmigen
Aussenteil axial frei beweglich, in Umfangsrichtung fest, die mit Bremsbelag ausgerüsteten
Bremsringe 48 und 49 abgestützt.
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Zwischen den Bremsringen sitzt die aus dem Aussenring 50 und dem Innenring
51 bestehende Stufenzylinderbetätigung, deren Stufenraum 52 über die Leitung 53
mit Drucköl versorgt wird. Schutzbälge 54 und 55 schützen die zylindrischen Dichtflächen
gegen eindringenden Schmutz. Die Abdichtung der Stufenzylinderbetätigung erfolgt
durch den in der Nut 511 im inneren Stufenzylinderteil 51 angeordneten, Abdicht-
und Nachstellfunktion ausübenden Dichtring mit viereckigem Querschnitt 56 sowie
durch den in der Nut 512 des inneren Stufenzylinderteils 51 liegenden Rundschnurring
57.