DE3540810C1 - Schwimmsattel-Scheibenbremse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwimmsattel-Scheibenbremse der im Oberbegriff des Anspruchs 1 erläuterten Art.

Bei solchen Schwimmsattel-Scheibenbremsen, deren Schwimm­ sattel als ein die Bremsscheibe übergreifender Faustsattel ausgebildet ist, stellt sich, insbesondere wenn diese in schweren Fahrzeugen unter hoher Beanspruchung eingesetzt werden, bereits nach verhältnismäßig kurzer Zeit eine ungleichmäßige Abnutzung der Bremsbeläge beider Brems­ backen ein und zwar in der Weise, daß der Bremsbelag der durch den Bremskolben an die Bremsscheibe anpreßbaren Bremsbacke, bezogen auf die Vorwärtsdrehrichtung der Bremsscheibe, scheibeneinlaufseitig und der Bremsbelag der durch den Schwimmsattel an die Bremsscheibe anpreß­ baren Bremsbacke scheibenauslaufseitig tangential stärker verschleißt. Die Bremsbeläge nutzen sich somit in einander entgegenge­ setzten Richtungen schräg zu der Ebene ab, in welcher sich die ihnen benachbarte Stirnfläche der Bremsscheibe befindet.

Dieser tangentiale Schrägverschleiß beider Bremsbeläge wird vorwiegend durch eine durch Umfangskräfte (Bremskräfte) veranlaßte elastische Verformung des Bremsträgers bewirkt, wodurch sich der am Bremsträger gelagerte Faustsattel gleichfalls schräg zur Bremsscheibe ausrichtet und da­ durch der tangentiale Belagverschleiß noch verstärkt wird.

Zugleich zu diesem tangentialen Schrägverschleiß tritt bei mit einem Faustsattel ausgerüsteten Scheibenbremsen auch radialer Belagschrägverschleiß auf. Dieser erwächst daraus, daß die durch Faustsattel und Bremskolben gebildete Zu­ spannvorrichtung unter der Wirkung der Zuspannkräfte elastisch aufgeht. Dadurch werden die Bremsbeläge in radialer Richtung nicht mit gleichmäßigem Druck an die Bremsscheibenflächen angepreßt.

Beide Schrägverschleißarten (tangential infolge Umfangs­ kraftverformung des Bremsträgers; radial infolge Zuspann­ kraftverformung des Faustsattels) sind letztlich das Er­ gebnis ungleichmäßiger Belagpressung und bewirken zu­ nehmende Bremsbetätigungswege.

Um tangentialen Schrägverschleiß zu vermindern bzw. zu ver­ meiden, sind bereits Schwimmsattel-Scheibenbremsen bekannt, bei denen hierzu eine spezielle Führung des Schwimmsattels am Bremsträger vorgesehen, dieses Problem also auf rein mechanischem Wege gelöst worden ist (vgl. DE-OS 29 07 517; GB-PS 11 12 989; DE-OS 34 11 600).

Desweiteren sind Schwimmsattel-Scheibenbremsen bekannt, bei denen der Schwimmsattel in Scheibenumfangsrichtung bereichs­ weise eine geringere Biegesteifigkeit aufweist (DE-OS 28 31 643; DE-PS 31 21 186).

Bei diesen Konstruktionen stützt sich der Schwimmsattel mit zwei im Scheibenumfangsrichtung im Abstand voneinander vor­ gesehenen Pratzen an der einen Bremsbacke ab.

Im Falle der Bremsenkonstruktion gemäß DE-OS 28 31 643 weist dabei die bezogen auf die Vorwärtsdrehrichtung der Brems­ scheibe auslaufseitige Schwimmsattelpratze eine geringere Biegesteifigkeit auf. Wenn deshalb unter dem Einfluß von Bremskräften der Brems­ träger verformungsbedingt nach innen schwenkt, vermag der Schwimmsattel auslaufseitig elastisch nachzugeben und dadurch tangentialen Schrägverschleiß zu vermeiden. Der radiale Schrägverschleiß wird allerdings nicht verhindert und in­ folge der nachgebenden Schwimmsattelpratze sogar noch erhöht.

Bei der Bremsenkonstruktion gemäß DE-PS 31 21 186 weist hingegen die einlaufseitige Schwimmsattelpratze eine ge­ ringere Biegefestigkeit auf. Dadurch wird jedoch lediglich erreicht, daß die durch Reibung bedingten Schwingungen am vorderen Rand des äußeren Bremsbelages verhindert oder zu­ mindest stark verringert werden. Einem Schrägverschleiß der Bremsbacken wirkt diese Konstruktion nicht entgegen.

Um tangentialen Schrägverschleiß zu vermeiden, ist es durch die EP-OS 00 80 950 bekannt, den Bremskolben im Sattel gegenüber dem Flächenschwerpunkt der zugehörigen Bremsbacke in Vorwärtsrichtung der Bremsscheibe versetzt anzuordnen.

Schließlich ist bereits eine Schwimmsattel-Scheibenbremse mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 bekannt (DE-OS 33 47 387). Bei ihr weist der Schwimmsattel zur Ver­ ringerung von tangentialem Schrägverschleiß der Bremsbacken im Bereich des die Bremsscheibe übergreifenden Sattelsteges die geringere Biegesteifigkeit auslaufseitig auf.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zielt darauf ab, bei einer Schwimmsattel-Scheibenbremse mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 sowohl tangentialen als auch radialen Schräg­ verschleiß der Bremsbeläge insbesondere bei hoher Bremsen­ beanspruchung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Anspruches gelöst.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Schwimmsattels als Rahmen und dessen spezielle festigkeitsmäßige Auslegung im Anschlußbereich seiner beiden Querrahmenschenkel an dem sich an der einen Bremsbacke abstützenden Längsrahmen­ schenkel bietet den Vorteil, daß der Schwimmrahmen an der auslaufseitigen Verbindungsstelle unter dem Einfluß der die Bremsbacken mit der Bremsscheibe in Eingriff bringenden Anpreßkräfte besondere elastische Nachgiebigkeit aufweist. Dadurch läßt sich ein derart asymmetrischer Angriff der vom Längsrahmenschenkel auf die an diesem abgestützte Bremsbacke auszuübende Anpreßkraft erzielen, daß diese auslaufseitig kleiner als einlaufseitig ist. Dies kompen­ siert den aus der Bremsträgerverformung herrührenden, aus­ laufseitigen Tangentialverschleiß dieser Bremsbacke ent­ sprechend, so daß planparalleles Verschleißverhalten ein­ tritt.

Die Beseitigung des tangentialen Schrägverschleißes der mit dem Bremskolben unmittelbar zusammenwirkenden, bzw. kolbenseitigen Bremsbacke erfolgt hingegen dadurch, daß der Versatz des Angriffspunktes des Bremskolbens an der Bremsbacke in Richtung Auslaufseite des Bremsträgers einen asymmetrischen Kraftangriff bewirkt, durch welchen sich der einlaufseitige Tangentialverschleiß dieser Brems­ backe gleichfalls kompensieren läßt.

Hinzu kommt, daß aus der Anordnung des sich an der einen Bremsbacke abstützenden Längsrahmenschenkels in Höhe des Bremskolbens eine großflächige Abstützung des rahmenseitigen Bremsbelages resultiert, die unter Zuspannkraftbelastung weitgehend planparallel zur Bremsscheibenfläche bleibt und so der Ausbildung radialen Schrägverschleißes der Brems­ backe entgegenwirkt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen, die sich auf die Anordnung und eine steifigkeitsoptimierte Ausbildung des Bremsträgers beziehen.

Die durch eine Gestaltung des Bremsträgers gemäß den An­ sprüchen 3 bis 5 erzielbare Verkleinerung seiner elastischen Deformation ermöglicht es, die erfindungsgemäß vorgesehene Asymmetrie in der Abstützung der Bremsbacken (gezielt ver­ wirklichte Rahmenweichheit einerseits; Bremskolbenversatz andererseits) entsprechend zu verringern und die Bauteile der Bremse hinsichtlich ihres Verformungsverhaltens aufeinander abzustimmen.

Dabei wird unter Berücksichtigung der vorgeschlagenen Maß­ nahmen eine Auslegung von Bremsträger und Schwimmrahmen möglich, die eine Abstimmung dieser Teile zueinander er­ laubt, durch welche bei kleinstem Teilegewicht optimales Verschleißverhalten der Bremsbacken erzielt ist.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Schwimmsattel-Scheibenbremse dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht der Bremse,

Fig. 2 eine Ansicht der Bremse in Richtung des Pfeiles A der Fig. 1 gesehen, deren linke Hälfte ge­ schnitten dargestellt ist,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Bremse entlang der Linie III-III der Fig. 2.

Die gezeigte Bremse weist einen als Ganzes mit 10 be­ zeichneten Bremsträger auf, der, wie Fig. 3 zeigt, im Querschnitt L-förmig ausgebildet ist. Dessen einer vertikaler Schenkel 12 ist mittels nicht dargestellter Bolzen, die Öffnungen 14 durchsetzen, an einem nicht drehbaren Teil eines Fahrzeuges befestigbar. Der andere Schenkel 16 des Bremsträgers 10 erstreckt sich in Achsrichtung einer drehbaren Bremsscheibe 18, wobei er diese am oberen Umfangsteil übergreift.

Der Schenkel 16 ist von einer rechteckförmigen Öffnung 20 durchdrungen, so daß er, in der durch einen Pfeil angedeuteten Drehrichtung der Bremsscheibe, in Umfangs­ richtung derselben zwei zueinander beabstandete Träger­ arme bildet, von denen der mit 22 bezeichnete, bezogen auf die Vorwärtsdrehrichtung der Bremsscheibe 18, am einlaufseitigen Teil des Bremsträgers 10 und der mit 24 bezeichnete an dessen auslaufseitigem Teil vorge­ sehen ist.

Mit 26 ist eine Brücke bezeichnet, welche die beiden Träger­ arme 22 und 24 an ihrem vom vertikalen Schenkel 12 abge­ kehrten Ende miteinander starr verbindet.

Jedem Trägerarm 22 und 24 ist innerhalb der Öffnung 20 in seitlichem Abstand ein zur Bremsscheibe 18 achs­ paralleler Führungsstift 28 bzw. 30 zugeordnet, die mit ihren Enden innerhalb der Brücke 26 und einem eine den vertikalen Schenkel 12 durchdringende Öffnung 32 oben begrenzenden, sich zwischen den beiden Trägerarmen 22 und 24 erstreckenden Verbindungssteg 34 axial ver­ schiebbar und feststellbar angeordnet sind. Auf diese Führungsstifte 28, 30 sind zwei Bremsbacken 36 und 38 mit ihrer den Bremsbelag 40 tragenden Stützplatte 42 verschiebbar aufgesteckt, die jeweils einer der beiden Stirnflächen 44 und 46 der Bremsscheibe 18 benachbart sind.

Mit 48 ist als Ganzes ein am Bremsträger 10 in Achs­ richtung der Bremsscheibe 18 verschiebbar geführter Schwimmrahmen bezeichnet. Dieser umfaßt, bezogen auf die Vorwärtsdrehrichtung der Bremsscheibe 18, einlauf­ seitig einen vorderen Querrahmenschenkel 50 und, in Scheibenumfangsrichtung gesehen, im Abstand von diesem einen hinteren Querrahmenschenkel 52, die sich in Rich­ tung Scheibenachse erstrecken und die Bremsscheibe 18 gleichfalls übergreifen.

Die Querrahmenschenkel 50, 52 sind an ihren beiden Enden durch jeweils einen Längsrahmenschenkel 54 und 56 mitein­ ander verbunden.

Die Führung des Schwimmrahmens 48 am Bremsträger 10 ist mittels eines Paares von Führungszapfen 58 und 60 be­ werkstelligt, die jeweils in einer Führungsbohrung 62 bzw. 64 des Bremsträgers 10 verschiebbar sind. Die Führungszapfen 58 und 60 sind am Längsrahmenschenkel 54 befestigt und die sie aufnehmenden Führungsbohrungen 62 und 64 erstrecken sich von der Seite des Verbindungs­ steges 34 des Bremsträgers 10 jeweils in einen der Träger­ arme 22 und 24 hinein. Auf den Führungszapfen 58 und 60 sitzende Schutzkappen 66 und 68 verhindern das Eindringen von Wasser und Staub oder Schmutzpartikeln in die Zapfen­ führungen.

Der Längsrahmenschenkel 54 des Schwimmrahmens 48 enthält einen Führungszylinder 72 nebst einen in diesem verschieblichen und mit seinem einen Ende aus diesem herausragenden Kolben 74, der die Öffnung 32 des vertikalen Bremsträgerschenkels 12 durchgreift und sich an der Stützplatte 42 der Bremsbacke 36 abstützt. Eine Schutzkappe 76 verhindert das Eindringen von Wasser und Staub oder dergleichen in den Zylinder 72.

Die Stützplatte 42 der Bremsbacke 38 stützt sich an der inneren Längsseite des Längsrahmenschenkels 56 ab.

Die untere, mit 78 bezeichnete Längskante der beiden Träger­ arme 22 und 24 sowie die untere Längskante 80 der Quer­ rahmenschenkel 50 und 52 liegen tiefer als der von der Bremse übergriffene obere Umfangsteil der Scheibenbremse 18. Demgemäß sind die Trägerarme 22 und 24 für den Durchtritt der Brems­ scheibe 18 entsprechend ausgeschnitten. Trägerarme 22, 24 und Querrahmenschenkel 50, 52 umgreifen somit die Randpartie der Bremsscheibe 18.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, überbrücken die Stütz­ platten 42 der Bremsbacken 36, 38 den Abstand der beiden Trägerarme 22, 24 und liegen mit ihren Stirnenden an je­ weils einer ebenen vertikalen Abstützfläche 82 derselben an.

Zum Abbremsen eines sich in Vorwärtsfahrt befindlichen Fahrzeugrades wird durch den Kolben 74 die Bremsbacke 36 mit der ihr benachbarten Stirnfläche der rotierenden Bremsscheibe 18 in Eingriff gebracht. Durch die dabei wirksam werdende Reaktionskraft wird der Schwimmrahmen 48 in der zur Bewegungsrichtung des Kolbens 74 entgegen­ gesetzte Richtung verschoben, wodurch zugleich der Längs­ rahmenschenkel 56 des Schwimmrahmens 48 die Bremsbacke 38 mit der anderen Stirnfläche der Bremsscheibe 18 in Eingriff bringt. Dabei werden die Umfangs- bzw. Bremskräfte vom Trägerarm 24 bei 85 und 86 abgestützt (Fig. 1 und 2).

Um sowohl tangentialen als auch radialen Schrägverschleiß der Bremsbeläge 40 auch bei hoher Bremsbeanspruchung zu verhindern bzw. optimales Verschleißverhalten zu erzielen, ist der den Bremsträger 10 umschließende Schwimmsattel 48 im Übergangsbereich 84 (Fig. 1) zwischen auslaufseitigem Querrahmenschenkel 52 und Längsrahmenschenkel 56 elastisch nachgiebiger ausgebildet als im Übergangsbereich 86 zwischen einlaufseitigem Querrahmenschenkel 50 und Längsrahmenschenkel 56, was durch entsprechende Querschnittsbemessungen in diesen Bereichen erreicht ist. Desweiteren ist der Längs­ rahmenschenkel 56 in radialer Richtung unterhalb der die Trägerarme 22 und 24 miteinander verbindenden Brücke 26 bzw. in Höhe des Kolbens 74 vorgesehen.

Ferner ist der Angriffspunkt 88 (Fig. 1) des Kolbens 74, bezogen auf die Vorwärtsdrehrichtung der Bremsscheibe 18, vom Zentralpunkt 90 der Bremsbacke 36 in Richtung Auslauf­ seite des Bremsträgers 10 um die Strecke L ₄ versetzt.

Aus dieser Ausbildung des Schwimmrahmens 48 ergibt sich, daß bei Betätigen des Bremskolbens 74 und somit bei der sich durch die Reaktionsbewegung des Schwimmrahmens 48 voll­ ziehenden Anpressung der Bremsbacke 38 an die Bremsscheibe 18, der die Anpreßkraft auf die Bremsbacke 38 übertragende Längsrahmenschenkel 56 in Richtung der durch den Kolben 74 erzeugten und auf die Bremsbacke 36 wirkenden Anpreßkraft auf Biegung beansprucht wird, während die beiden Querrahmen­ schenkel 50, 52 auf Zug beansprucht werden. In den ein- und auslaufseitigen Übergangsbereichen 84 und 86 ist der Schwimm­ rahmen 48 somit jeweils einer kombinierten Zug- und Biegebean­ spruchung ausgesetzt.

Aufgrund des einlaufseitig im Übergangsbereich 86 gegenüber dem Übergangsbereich 84 entsprechend stärker bemessenen Rahmen- bzw. Hauptbeanspruchungsquerschnittes gibt der Schwimmrahmen 48 im Übergangsbereich 84 beim Bremsen unter der Biegebeanspruchung des Längsrahmenschenkels 56 ver­ stärkt elastisch nach, mit der Folge, daß die Bremsbacke 38 ein­ laufseitig mit größerer Kraft an die Bremsscheibe 18 angepreßt wird als auslaufseitig und dadurch der übliche auslaufseitig stärkere Belag­ verschleiß entsprechend kompensiert wird.

Das Gleiche wird für die Bremsbacke 36 durch den Versatz des Bremskolbens 74 in Richtung Auslaufseite erreicht, in dem dadurch diese Bremsbacke auslaufseitig mit größerer Kraft als einlaufseitig an die Bremsscheibe 18 angepreßt wird. Daraus ergibt sich einlaufseitig ebenfalls ein entsprechend ausgeglichener Belagverschleiß.

Der radiale Schrägverschleiß der Bremsbeläge 40 wird durch die Zuordnung des Längsrahmenschenkels 56 zum Bremskolben 74 vermieden, indem sich beim Bremsen eine großflächige Ab­ stützung der Bremsbacke 38 durch diesen Längsrahmenschenkel 56 ergibt, was zu einer weitgehend planparallelen Anlage ihres Bremsbelages 40 an der Bremsscheibe 18 führt.

Desweiteren ist der Bremsträger 10 derart ausgelegt, daß sich mit einem geringen Materialaufwand für Schwimmrahmen 48 und Bremsträger 10 die angestrebte Verhinderung von tangentialem und radialem Belagverschleiß erreichen läßt.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der Abstützpunkt 85 der Stützplatte 42 der Bremsbacke 36 in einem Abstand L ₁ und der Abstütz­ punkt 87 der Stützplatte 42 der Bremsbacke 38 in einem Ab­ stand L ₂ von der Befestigungsebene a-a des Bremsträgers 10 vorgesehen.

Aufgrund dieser Abstände ergeben sich üblicherweise beim Bremsen zwei sich addierende, den Trägerarm 24 beanspruchen­ de Biegemomente. Ferner liegen die Abstützpunkte 85 und 87 der beiden Bremsbacken 36 und 38, wie Fig. 2 zeigt, in einem Abstand L ₃ von der Achse des Führungszapfens 60 ent­ fernt.

Aus diesem Abstand resultiert beim Bremsen auch noch ein am Trägerarm 24 wirksames Torsionsmoment. Der Trägerarm 24 ist nun so ausgelegt, daß er bei kleinstem Materialaufwand für den gesamten Bremsträger 10 im Stande ist, den an ihm wirk­ samen, aus den Momenten resultierenden und üblicherweise eine Schrägstellung des Schwimmsattels bzw. der Bremsbe­ läge 40 zur Bremsscheibe 18 bewirkenden Biege- und Verdreh­ spannungen jeweils ein genügend großes Widerstandsmoment entgegen zu setzen.

Zu diesem Zweck weist der Trägerarm 24 eine größere Biege- und Torsionsfestigkeit als dessen anderer Arm 22 auf. Im Bereich seines den Scheibenumfang übergreifenden Armabschnittes 24′ wird dabei die hierzu erforderliche Armversteifung mit entsprechend geringem Materialaufwand sichergestellt, indem die Abmessung des Querschnittes 24′′ (Fig. 2) dieses Armab­ schnittes 24′ in Scheibenumfangsrichtung größer als hierzu quer und senkrecht zur Armlängsrichtung ist.

Durch die gegenseitige Verbindung der Trägerarme 22 und 24 durch die Brücke 26 ist es dabei möglich, den Querschnitt des Trägerarmes 24 noch entsprechend zu verringern, indem dann die Bremskräfte anteilig auch vom Trägerarm 22 aufge­ nommen werden.

Claims (5)

1. Schwimmsattel-Scheibenbremse, mit einem auf einer Seite einer umlaufenden Bremsscheibe ortsfest angeordneten Bremsträger, mit zwei jeweils einer Seite der Bremsscheibe benachbarten Bremsbacken, die in Richtung Bremsscheiben­ achse verschiebbar und, in Scheibenumfangsrichtung, zur Übertragung des Bremsmomentes am Bremsträger abgestützt sind und mit einem die Bremsscheibe übergreifenden und am Bremsträger in Richtung Scheibenachse verschiebbar geführten, einen sich an der einen Bremsbacke abstützen­ den Bremskolben tragenden und sich an der anderen Brems­ backe abstützenden Schwimmsattel, der an seinem sich an der einen Bremsbacke abstützenden Sattelteil auslauf­ seitig weniger biegesteif als einlaufseitig ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
Der Schwimmsattel bildet einen Rahmen (48), der im Über­ gangsbereich (84) zwischen dem auslaufseitigen, sich in Richtung Scheibenachse erstreckenden Querrahmenschenkel (52) und dem sich an der außenseitigen Bremsbacke (38) abstützenden Längsrahmenschenkel (56) biegeweicher ist als im Über­ gangsbereich (86) zwischen diesem Längsrahmenschenkel (56) und dem einlaufseitigen Querrahmenschenkel (50),
der Bremskolben (74) ist am Rahmen (48) gegenüber dem Flächenschwerpunkt (90) der kolbenseitigen Brems­ backe (36) in Vorwärtsdrehrichtung der Bremsscheibe (18) ver­ setzt angeordnet und
der sich an der außenseitigen Bremsbacke (38) abstützende Längs­ rahmenschenkel (56) erstreckt sich in Höhe des Bremskolbens (74).

2. Schwimmsattel-Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (48) den Bremsträger (10) in Draufsicht um­ gibt.

3. Schwimmsattel-Scheibenbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsträger (10) am auslaufseitigen Trägerteil in Scheibenumfangsrichtung die größere Biegesteifigkeit aufweist.

4. Schwimmsattel-Scheibenbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsträger (10) den Rand der Bremsscheibe (18) umgreifende Trägerarme (22; 24) aufweist, und daß die Abmessung des Querschnittes (24′′) des den Scheibenrand übergreifenden Armabschnittes (24′) des auslaufseitigen Bremsträgerarmes (24) in Scheibenumfangsrichtung größer ist als quer und senkrecht zur Armlängsrichtung.

5. Schwimmsattel-Scheibenbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsträgerarme (22; 24) an ihrem von dem sie tragen­ den Trägerteil abgekehrten Armende durch einen Verbindungs­ steg (26) miteinander fest verbunden sind, der, bezogen auf die Bremsscheibenachse in radialer Richtung der äußeren Längskante des Längsrahmenschenkels (56) benachbart ist.