DE3875977T2 - Scheibenbremse mit mehreren scheiben. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Scheibenbremsen, genauer gesagt Scheibenbremsen, bei denen eine Vielzahl von Rotoren oder Scheiben Verwendung findet, die gleitend relativ zu einem festen Sattel montiert sind.
• Eines der mit herkömmlich ausgebildeten Scheibenbremsen verbundenen Probleme besteht darin, daß die erforderlichen Klemmlasten für ein vorgegebenes Drehmoment ziemlich hoch sind. Um solche Klemmlasten zu erzeugen, sind massive Sättel erforderlich. Die Größe dieser Sättel macht den Einsatz von Scheiben oder Rotoren mit reduziertem Durchmesser erforderlich. In entsprechender Weise erfordern die hohen Klemmlasten den Einsatz von Zylindern mit großem Durchmesser innerhalb der Sättel und erzeugen in Verbindung mit der Durchbiegung des Sattels eine Bremse mit einem "schwammigen" Gefühl. Ferner erzeugen die hohen Klemmlasten eine erhöhte Wärmemenge; herkömmliche Scheibenbremsen benötigen eine große Menge an Metall, um die Wärme zu vernichten und sind daher schwerer als eine entsprechende Trommelbremse.
• Der Hauptvorteil von Dual-Scheibenbremsen liegt in den niedrigeren Klemmlasten. Durch die niedrigeren Klemmlasten wird eine Gewichtsreduzierung und vielleicht eine Kostenreduzierung der Dual-Scheibenbremse erreicht. Ein besonderes Problem bei den Dual-Scheibenbremsen des Standes der Technik besteht jedoch darin, daß diese dazu neigen, an ihrer Nabe haften zu bleiben und somit anfällig gegenüber Rattern bzw. Klappern sind.
• Aus der EP-A-0 115 280 ist eine dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechende Scheibenbremse bekannt, die eine Reihe von in Umfangsrichtung beabstandeten Schlitzen in ihrer äußeren Umfangsfläche besitzt, um mit den Keilen einer Drehmomentvorrichtung in Eingriff zu treten. Ein Verstärkungseinsatz ist in jeden Schlitz eingepaßt und umfaßt ein Element mit U-förmigem Querschnitt mit zwei beabstandeten Schenkeln und einem Brückenabschnitt. Jeder Einsatzschenkel weist ein Paar von beabstandeten parallelen Armen auf, die sich vom Brückenabschnitt aus erstrecken. Die Arme liegen entlang den Wandflächen der Scheibe und besitzen an ihren äußeren Enden ausgenommene Abschnitte. An der Oberfläche der Scheibe sind Klemmen befestigt, die ausgenommene Abschnitte aufweisen, welche komplementär zu denen der Einsatzarme ausgebildet sind und dazu dienen, die Einsätze in die Schlitze zurückzuführen.
• Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Vielzahl von ringförmigen Rotoren auf eine Scheibennabe gekeilt. Die Vielzahl der Rotoren bietet erhöhte Flächenbereiche, die die Wärme rasch verteilen und somit die Temperatur des Belages angemessen reduzieren und für eine schnellere Fading-Erholung sorgen. Genauer gesagt, die aufgekeilte Konstruktion gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt eine Vielzahl von in einer Scheibennabe ausgebildeten Nuten und eine entsprechende Vielzahl von Zähnen, die in jedem der beiden Rotoren ausgebildet sind. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Zähne auf der Scheibennabe und die Nuten in den Rotoren ausgebildet. Eine Auskleidung aus gehärtetem rostfreien Stahl ist in einer Nut angeordnet und nimmt einen entsprechenden Zahn so auf, daß die Last vom Zahn über die relativ weiche Scheibennabe verteilt wird. Diese Auskleidung ist bogenförmig ausgebildet und besitzt eine verformbare Wand, um Drehmomente aufzunehmen und den Rotor zu dämpfen. Bei sehr hohen Drehmomentniveaus wird diese verformbare Wand ausgebogen, wodurch die Verteilung der Kräfte auf die Scheibennabe verbessert wird. Bei einer Ausführungsform besitzen diese Auskleidungen eine belastete ebene Seite und eine gekrümmte Seite, die die Scheibe in einer Richtung beansprucht, so daß die Größe der "Krümmung" während des Bremsens reduziert wird. Bei einer anderen Ausführungsform finden Rotorzähne mit parallelen Seiten Verwendung. Auf diese Weise wird der Rotor nur durch die Seiten der Zähne, wenn diese in die Scheibennabe vorgespannt werden, und nicht durch den Boden der Nut positioniert, wodurch eine größere Wärmeausdehnung ohne Führungsverlust möglich ist. Durch Verwendung der Gleitdualrotorform der vorliegenden Erfindung sind in bezug auf die Konstruktion des Sattelgehäuses diverse Optionen möglich. Eine dieser Optionen besteht in der Verwendung einer gestanzten Stahlsattelbrücke. Dies ist möglich, da die zwischen dem Sattel und jedem Rotor erzeugten Klemmlasten um einen Faktor von 2 reduziert werden. Des weiteren ist festzustellen, daß bei der vorliegenden Erfindung der Sattel fest am Achsschenkel montiert werden kann, was im Gegensatz zu Konstruktionen des Standes der Technik steht, bei denen der Sattel Drehmoment aufnehmen muß, während er gleitend am Achsschenkel befestigt ist.
• Eine wichtige Eigenschaft einer Bremse ist in der Strömungsmittelsteifigkeit zu sehen, d.h. dem Strömungsmittelvolumen, das zugefügt (oder entfernt) werden muß, um das angelegte Drehmoment um eine bestimmte Größe zu verändern. Diese Strömungsmittelsteifigkeit wird durch die Steifigkeit oder strukturelle Festigkeit des Sattels beeinflußt, da der Sattel mehr oder weniger Strömungsmittel verdrängen kann als zur Änderung des angelegten Drehmomentes erforderlich. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Kolbenfläche halb so groß sein wie bei einer einzigen Scheibe, so daß die Sattelbrücke bei gleicher Gesamtsteifigkeit des Systems halb so steif ausgebildet werden kann. In der Praxis ist die Zwillingsscheibenkonstruktion allgemein 30 % bis 50 % steifer als herkömmliche Bremsen. Ein Nachteil bei Dualscheibenbremsen besteht darin, daß der gesamte Bremsbackendruck erhöht werden kann, da vier Bremsbacken in Reihe verwendet werden anstelle von zwei. In der Praxis kann jedoch die Dicke reduziert werden, da die gesamte Bremsbackenfläche größer ist, so daß dieser Effekt ausgeglichen wird.
• Allgemein gesagt wird das gesamte für eine Bremse erforderliche Reibmaterial durch die Verschleißeigenschaften und die gewünschte Lebensdauer festgelegt. Da bei der vorliegenden Zwillingsscheibenbremse die Bremsleistung unter vier Bremsbacken aufgeteilt wird, erfährt jeder Bremsbacken die Hälfte des Verschleißes pro Backen (im Vergleich mit einer Bremse mit zwei Bremsbacken). Daher werden die Betriebstemperaturen abgesenkt und der Verschleiß reduziert. Somit kann das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Belagmaterial die Hälfte der Dicke besitzen wie das einer herkömmlichen Bremse.
• Daher umfaßt die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung: eine Scheibenbremse mit einer Scheibennabe, die an einem Rad montierbar ist, einer Vielzahl von ringförmigen Rotoren oder Scheiben, Einrichtungen zum Montieren der Rotoren an der Scheibennabe derart, daß sich die Rotoren zusammen mit der Scheibennabe drehen und in einer ersten Richtung im wesentlichen senkrecht zur Drehrichtung frei gleiten können, einer Vielzahl von gegenüberliegend angeordneten Bremsklötzen, von denen jeder einem Rotor zugeordnet ist, und Einrichtungen zum Pressen der Bremsklötze in einen nacheinander erfolgenden Reibeingriff mit den Rotoren. Speziell geformte Auskleidungen sind zwischen Nuten in der Scheibennabe und Zähnen an jedem Rotor angeordnet. Ein zweiter Satz von Auskleidungen ist zwischen eine Sattelbrücke und die Vielzahl der Bremsklötze eingepaßt, um das Gleiten zu verbessern und die Reibung zu reduzieren.
• Viele andere Ziele und Zwecke der Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Figuren hervor. Es zeigen:
• Figur 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Scheibenbremse;
• Figur 2 eine Schnittansicht von diversen in Figur 1 gezeigten Bauteilen;
• Figur 3 eine Ansicht eines Einsatzes;
• Figur 4 eine isolierte Draufsicht einer in den Figuren 1 und 2 dargestellten Sattelbrücke;
• Figur 5 eine Draufsicht auf einen der vier Bremsbacken der Figur 1;
• Figur 6 eine Ansicht eines weiteren Einsatzes, der ebenfalls in Figur 2 gezeigt ist;
• Figur 7 eine Vergrößerung eines Abschnittes der Figur 1;
• Figur 8 ein schematisches Kräftediagramm an einem freien Körper; und
• Figur 9 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Dualscheibenbremse 20, die in einem herkömmlich ausgebildeten Fahrzeugrad 21 montiert ist. Die Scheibenbremse 20 umfaßt eine zylindrische Scheibennabe 22. Die Scheibennabe weist eine axial verlaufende zylindrische Wand 24 und eine radial verlaufende, im wesentlichen ebene Wand 26 auf. Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform ist typisch für Fahrzeuge mit Frontantrieb. Das Rad 21 ist an einer Radnabe 28 montiert und an dieser über eine Vielzahl von Nasen 30 befestigt. Die Radnabe wird von einem Achsschenkel 32 bekannter Bauart gelagert. Sie steht mit einer Antriebswelle 34 in Triebverbindung. Es versteht sich, daß die Erfindung, obwohl sie in Verbindung mit einem Fahrzeug mit Frontantrieb beschrieben wird, nicht auf eine derartige Ausführungsform begrenzt ist und vielmehr an allen Rädern des Fahrzeuges Verwendung finden kann.
• Das Rad 21, die Radnabe 28, die Antriebswelle 34 und die Nasen 30 sind in Figur 1 nicht gezeigt, um ein Aufblähen dieser Figur zu vermeiden. Die Scheibennabe 22 kann an der Radnabe 28 und am Rad 21 montiert werden. Derartige Montageeinrichtungen können eine Vielzahl von Öffnungen 40 umfassen, die die diversen Nasen 30 aufnehmen. Das Äußere der Wand 24 besitzt einen polygonartigen Aufbau. Genauer gesagt, wie in Figur 1 gezeigt, hat dieser Aufbau die Form eines Pentagons mit fünf Seiten 44, die sich senkrecht zur Radialwand 26 erstrecken. An der Schnittstelle einer jeder dieser Seiten 44 befinden sich axial verlaufende Nuten oder Schlitze 46a-e. Jede Nut 46 besitzt einen Boden 47 und Wände 49, die sich hiervon nach außen erstrecken. Gleitend in den Nuten oder Schlitzen 46 sind ein erster und zweiter Rotor oder eine entsprechende Scheibe 50a und 50b angeordnet. Die Worte Rotoren und Scheiben werden hier austauschbar verwendet. Die Rotoren sind vorzugsweise aus Gußeisen hergestellt, können jedoch auch aus irgendeinem anderen Material bestehen und besitzen eine im wesentlichen ringförmige Konstruktion. Vom Innenrand 54 eines jeden Motors 50a und b erstreckt sich eine Vielzahl von Zähnen 56a-e und 58a-e nach innen. Figur 1 zeigt eine Draufsicht des Rotors 50a, wobei die Lage seiner Zähne 56 dargestellt ist. Die gleiche Zahl von Zähnen (58a- e) ist in entsprechender Weise am Rotor 50b vorgesehen (nur der Zahn 58c ist in Figur 2 gezeigt). Wie vorstehend ausgeführt, finden bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung fünf Nuten 46 und fünf entsprechend geformte Zähne 56 oder 58 Verwendung. Es wurde festgestellt, daß vorzugsweise eine ungerade Zahl von Nuten und Zähnen verwendet werden sollte, um die Vibrationen der Rotoren 50a und b während des Bremsens zu minimieren. Obwohl die Zahl der Nuten und Zähne gemäß Figur 1 fünf entspricht, versteht es sich, daß mehr oder weniger Zähne oder gerade oder ungerade Zahlen von Nuten und Zähnen erfindungsgemäß Anwendung finden können.
• Um die Kosten und das Gewicht einer erfindungsgemäß hergestellten Scheibenbremse zu reduzieren, muß die Scheibennabe 22 nicht aus einem Material hergestellt sein, das die Haltbarkeit des für den Rotor verwendeten Materiales besitzt. Um die Fähigkeit der Rotoren, in den Nuten 46 zu gleiten, zu verbessern, die Druckbelastung der Rotoren über einen größeren Bereich der Scheibennabe zu verteilen, Kontaktspannungen und Korrosion zu reduzieren und Vibrationen und Rattergeräusche der Rotoren in bezug auf die Scheibennabe zu verringern, ist eine Vielzahl von Federeinsätzen 60a-e an der Scheibennabe angebracht und zwischen den verschiedenen Schlitzen 46 und Zähnen 56, 58 der Rotoren 50 angeordnet. Die Dicke dieser verschiedenen Einsätze 60 wurde erhöht, um diese in den Figuren deutlich darzustellen.
• Ein typischer Einsatz, wie beispielsweise der Einsatz 60, ist in Figur 3 gezeigt. Das Profil eines jeden Einsatzes ist im wesentlichen U-förmig und besitzt einen Boden 62 und sich hiervon erstreckende elastische Wände 64 und 66. Wie die Figuren 1 und 3 zeigen, ist mindestens eine Wand, wie beispielsweise die Wand 66, bogenförmig ausgebildet, um die Rotoren in wirksamer Weise federnd gegen die Scheibennabe 22 zu drücken. Während der Montage werden die Einsätze 60 an den entsprechenden Nuten 46 angebracht und durch eine Vielzahl von Lappen 68a und b an der Scheibennabe 22 befestigt. Wenn die Bremsen angelegt werden, werden die Rotoren gegen die Scheibennabe 22 gedrückt, wodurch die bogenförmige Wand 66 unter Druck gesetzt wird, und auf diese Weise die Druckbelastungen über die Länge der Nut 46 verteilt.
• Es ist an diesem Punkt hilfreich, die Konstruktion der vorliegenden Erfindung mit der von herkömmlichen Scheibenbremsen zu vergleichen. Wie vorstehend beschrieben, sind die Rotoren 50 der vorliegenden Erfindung so ausgebildet, daß sie relativ zur Scheibennabe 26 gleiten. Ferner steht die gesamte Innenfläche 54 eines jeden Rotors nicht mit der Bremsennabe in Kontakt. Im Gegensatz dazu sind jedoch herkömmliche Rotoren nicht in einer seitlichen Richtung bewegbar (vielmehr gleitet der Sattel). Des weiteren können sich diese Rotoren des Standes der Technik nicht nach innen ausdehnen, da sie in völligem Kontakt mit anderen Bauteilen des Fahrzeuges oder des Rades stehen. Wenn sich diese Rotoren des Standes der Technik somit ausdehnen, verwinden sie sich auch, wobei eine derartige Verwindung die häufig gefühlten Vibrationen beim starken Bremsen hervorruft. Wie aus Figur 1 hervorgeht, befindet sich im Gegensatz dazu ein beträchtlicher Abschnitt der Innenseite der ringförmig geformten Rotoren 50 im Abstand von den Seiten 44 der Scheibennabe 22, mit Ausnahme der Zähne, so daß sich die Rotoren der vorliegenden Erfindung frei ausdehnen können und eine solche Verwindung reduziert oder vollständig eliminiert wird. Des weiteren erzeugen herkömmlich ausgebildete Scheibenbremsen oft ein hörbares Quietschen, das beim starken Bremsen auftritt und zum Teil auf die Verwindung der Rotoren zurückzuführen ist. Die Rotoren der vorliegenden Erfindung erfahren eine geringfügige Verwindung und sind wesentlich ruhiger. Während des Bremsens wird eine große Wärmemenge erzeugt. Diese Wärme muß durch den Rotor vernichtet werden, um eine thermische Verformung zu vermeiden. Daher sind die Rotoren des Standes der Technik oft belüftet, um zur Wärmeverteilung beizutragen. Hierdurch wird jedoch das Gewicht des Rotors erhöht. Die Rotoren der vorliegenden Erfindung müssen ebenfalls Wärme vernichten. Diese Vernichtung wird durch den erhöhten Flächenbereich der beiden Rotoren gefördert, ohne daß hierzu das Gewicht ansteigt.
• Figur 7 zeigt eine Vergrößerung von einer der Nuten 46b, wobei deren Boden 47b und deren Wände 49b und b' dargestellt sind. In die Nut 46b ist ein Zahn 56b eingepaßt, der einen Boden und Seiten 59b und b' besitzt. Zwischen dem Zahn 56b und dem Schlitz 46b befindet sich der Einsatz 60b. Der Winkel der Zahnseiten 59 und auch der Winkel 49 der Nut 46b wurde derart ausgewählt, um den Kontaktdruck sowie die Neigung des Rotors zur Verwindung zu minimieren. Dieser Effekt tritt auf, weil die vom Rotor auf die Nabe übertragene Kraft eine Komnbination aus einer seitlichen Kraft und einem Drehmoment ist (da sich der Reibkontakt auf den Sattel konzentriert). Deshalb steht jeder Zahn einer Kombination von Kräften gegenüber, die einen resultierenden Kraftvektor besitzen, der sich während der Rotation in Größe und Richtung ändert. Bei der vorliegenden Erfindung ist der Zahnwinkel senkrecht zum resultierenden Kraftvektor an dem Rotationspunkt, an dem dar Wert am größten ist, ausgebildet, so daß die Neigung des Rotors zum kontinuierlichen Verschieben von Positionen während der Rotation ausgeschaltet wird. Die Verfahrensweise zum Bestimmen der vorstehend erwähnten Winkel ist in Verbindung mit Figur 8 erläutert, die ein schematisches Diagramm eines freien Körpers in bezug auf die Scheibennabe 22 und einen der Rotoren 50 zeigt. Bei Betätigung eines Bremssattels 70 (nachfolgend beschrieben) wird ein Reaktionskraftvektor F an jedem Rotor 50 erzeugt. Dieser Reaktionskraftvektor kann auf die Mitte der Scheibennabe 22 übertragen werden und wird durch eine äquivalente Reibkraft und Torsionskraft FR und TR verkörpert. Die Komponenten der axialen Reibkraft FR sind durch Horizontalkraftvektoren dargestellt, die an den schematischen Positionen eines jeden der in Figur 1 gezeigten Zähne 56 angeordnet sind. Die Komponenten des Reaktionstorsionsmomentes TR sind als radial wirkende Vektoren TRi an der Stelle eines jeden entsprechenden Zahnes 56 dargestellt. Jede axiale und torsionale Reaktionsvektorkomponente wurde durch herkömmliche Vektordarstellung summiert, um eine resultierende Reaktionskraft an jeder Zahnstelle zu erzeugen. Wie man erkennen kann, ändern sich die an jeden Zahn während des Bremsens angelegten Reaktionskräfte R&sub1;-R&sub5; sowohl in der Größe als auch in der Richtung. Es wurde festgestellt, daß die maximale resultierende Kraft während des Bremsens irgendwo zwischen den Punkten A und B auftritt. Der Winkel der Seitenwand 59b' und der Winkel der Wand 49b' sind daher so gewählt, daß die Wände senkrecht zum resultierenden Kraftvektor R&sub5; verlaufen, wobei der Winkel der gegenüberliegenden Seitenwände 59b und 49b entsprechend ist, obwohl entgegengesetzt. Wenn man die obige Beziehung ermittelt hat, so ist die Geometrie der anderen Zähne und Nuten identisch.
• Wie vorstehend erwähnt, kann eine andere Ausführungsform der Erfindung als in den Figuren 1 und 2 gezeigt erhalten werden, indem man die Wände der Zähne und Nuten parallel ausbildet. Hierbei werden die Unterseiten 57 der Zähne mit ausreichendem Abstand von den Auskleidungen 60 angeordnet, so daß die Unterseiten nicht zu einer Zentrierung der Rotoren innerhalb der Nuten der Scheibennabe 22 beitragen. Die Zentrierung oder Positionierung der Rotoren relativ zur Scheibenabe wird dadurch erreicht, daß alle federnden oder gekrümmten Seiten der Auskleidungen die Rotorzähne in die gegenüberliegende Wand der Nut drücken. Auf diese Weise können die Rotoren frei expandieren, wenn ihre Temperatur ansteigt.
• Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Scheibennabe 22' eine Vielzahl von radial verlaufenden Zähnen 200 aufweist und bei der jede der beiden Scheiben, wie beispielsweise 50a' und 50b', Nuten 202 zur Aufnahme der Zähne 200 umfaßt. Figur 9 zeigt nur eine Scheibe 50a'.
• Es wird nunmehr wiederum auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen. Um die Bewegung der Räder 21 zu verlangsamen, findet erfindungsgemäß eine Bremssatteleinheit Verwendung, die allgemein mit 70 bezeichnet ist. Die Satteleinheit umfaßt ein Gehäuse 72, das einen Zylinder 74 bildet, in den ein Bremsmittel über eine Einlaßöffnung 75 eingeführt wird. Ein Kolben 76 ist hin- und herbeweglich im Zylinder angeordnet.
• Zwischen dem Gehäuse 72 und dem Kolben 76 findet eine geeignete Dichtung Verwendung, um ein Lecken von Bremsmittel hieraus zu verhindern. Die Fläche 78 des Kolbens bildet eine erste Eingriffsfläche. Vom Gehäuse 72 erstreckt sich eine Sattelbrücke 80. Die Sattelbrücke 80 besitzt eine Brücke oder einen axial verlaufenden Abschnitt 86 und eine Endfläche 84. Die Endfläche 84 kann einstückig als Teil des Brückenabschnittes oder getrennt davon ausgebildet sein. Sie bildet ferner eine zweite Eingriffsfläche 84. Der Brückenabschnitt 86 ist allgemein bogenförmig ausgebildet und kann über Bolzen 82 o.ä. am Gehäuse 72 befestigt sein. Er ist in Figur 4 in teilweise isoliertem Zustand dargestellt. Er umfaßt eine gekrümmte obere und untere Fläche 90 und 91. Die Flächen 90 und 91 sind an den Enden 92a und 92b verjüngt. Wie man Figur 2 entnehmen kann, steht das Ende 96 des Brückenabschnittes 86 mit einer Paßfläche 96' des obersten Segmentes 98 des Gehäuses in Eingriff.
• Die sich verjüngenden Seiten 92a und b der Sattelbrücke 80 lagern eine Vielzahl von Bremsbacken 108a-d. Jeder Bremsbacken 108a-d umfaßt eine Stützplatte 110 und einen Belag aus einem Reibmaterial 112. Wie man am besten der Figur 2 entnehmen kann, ist der erste Rotor 50b zwischen den Bremsbacken 108a und b angeordnet, während der zweite Rotor 50a zwischen den Bremsbacken 108c und d angeordnet ist.
• Wie vorstehend erläutert, umf aßt der Brückenabschnitt 86 der Sattelbrücke 80 die sich verjüngenden Seiten 92a und 92b. Jede der Stützplatten 110a-d, die vorzugsweise aus Stahl bestehen, besitzt einwärts vorstehende Nasen 122a und b und eine bogenförmige mittlere Fläche 124, die an die bogenförmig ausgebildete untere Fläche 91 der Sattelbrücke 80 angepaßt ist. Die Nasen 122 und die mittlere Fläche 124 wirken zusammen und bilden Nuten 120a und b, die die gleiche Form wie die Seiten 92a, b besitzen. Die verschiedenen Stützplatten 110a-d sind vor der Befestigung am Gehäuse 72 auf die Sattelbrücke 80 geführt. Die Befestigung der verschiedenen Stützplatten 110 in tangentialer und radialer Richtung wird durch die Zusammenwirkung der sich verjüngenden Enden 92 mit den Nuten 120 erreicht. Ein Einsatz oder eine Auskleidung, wie beispielsweise der Einsatz 130 (siehe die Figuren 1, 4, 6), ist zwischen einer jeden sich verjüngenden Seite 92a und 92b und den Nuten der Stützplatten angeordnet. Nach der Montage spannen die Einsätze 130 die verschiedenen Stützplatten von der Sattelbrücke weg vor, um ein Klappern zu verhindern. Ferner wird vorgeschlagen, daß diese Einsätze 130 aus gehärtetem rostfreien Stahl bestehen und die Druckbelastung der verschiedenen Stützplatten über die Länge der sich verjüngenden Seiten 92a und 92b verteilen sowie eine glatte Fläche bilden, auf der die Stützplatten gleiten können. Hierdurch wird der Verschleiß der Sattelbrücke sowie der Bremsbacken reduziert und Korrosion verhindert.
• Wie vorstehend erläutert, sind die Nuten 120a, b auf den sich verjüngenden Seiten 92a, b ausgebildet. Der Winkel der Oberflächen der Seiten 92a, b und somit der Winkel 120 ist derart festgelegt, daß die Reaktionskraft auf die Reibkraft FF (siehe Figur 4) auf jeden Belag 108 (d.h. die Lappen 122 der Stützplatte 108) normal zu der entsprechenden oberen und unteren Fläche der Nuten verläuft. Diese Beziehung wird aus Figur 4 deutlich, die die Reaktionskraft auf die Reibkraft FF auf einen typischen Bremsbacken 108 zeigt, die in zwei Kräfte F&sub1; und F&sub2; aufgelöst wurde, welche normal zu den Flächen der Seiten 92a, b wirken.
• Im Betrieb drehen sich vor der Betätigung des Kolbens 76 das Rad 21, die Scheibennabe 22 und die verschiedenen anderen Bauteile in freier Weise. Darüber hinaus drehen sich die Rotoren 50a und b, die an der Scheibennabe 26 befestigt sind, relativ zu den diversen Teilen der Bremsbacken 108. Beim Durchdrücken des Bremspedales wird der Kolben 76 vom Gehäuse 72 nach außen bewegt, so daß die verschiedenen Bremsbacken hintereinander mit den Rotoren in Eingriff treten. Beispielsweise wird der Reibbelag 112d vom Kolben 76 auf den Rotor 50a gepreßt. Hierdurch bewegt sich der Rotor in Kontakt mit dem gegenüber angeordneten Reibbelag 112c. Danach und entsprechend preßt die Stützplatte 110c den Reibbelag 112b in Kontakt mit dem Rotor 50b, wodurch wiederum der Rotor 50b gegen den Reibbelag 112d gepreßt wird. Die vorstehend beschriebene Bewegung erzeugt einen Reibeingriff zwischen den verschiedenen Reibbelägen und ihren entsprechenden Rotoren, wodurch die Bewegung des Rades verlangsamt wird. Bei Freigabe des Bremspedales nimmt der Druck im Zylinder 74 ab, und der vorstehend beschriebene Reibeingriff zwischen den verschiedenen Reibbelägen und den Rotoren wird beendet. Danach verbleiben die verschiedenen Reibbeläge in einer Lage eng benachbart zu den Rotoren.
• Aus vorstehendem wird deutlich, daß bei der vorliegenden Erfindung vier Reibflächen Verwendung finden, die nacheinander in Eingriff gebracht werden, um die Rotationsgeschwindigkeit der verschiedenen Rotoren zu verringern. Indem die beiden Paare von Bremsbacken verwendet werden, wird erfindungsgemäß die doppelte Bremskraft erzeugt wie bei herkömmlichen Scheibenbremsen, die einen einzigen Rotor und ein einziges Paar von gegenüberliegend angeordneten Reibbelägen verwenden. Um die gleiche Bremskraft wie bei einem herkömmlichen Sattel/Scheibenbremsensystem zu erhalten, ist es daher nur erforderlich, die Hälfte der vorher benötigten Kraft auf zuwenden. Diese bei der Betätigung der Bremse erzielte Kraftreduzierung kann ausreichend sein, um die Notwendigkeit von Bremskraftverstärkern auszuschalten. Da darüber hinaus die Bremskräfte durch vier Stützplatten über die Sattelbrücke verteilt werden, können das Sattelgehäuse und die Brücke dünner und leichter ausgebildet werden, wodurch das Gesamtgewicht des Fahrzeuges verringert wird.
• Der Hauptvorteil dieser Bremse besteht darin, daß die Bremsleistung auf vier Reibblächen anstelle von zwei verteilt wird. Aus dieser Eigenschaft können auf diverse Weise Vorteile gezogen werden. Als erstes werden die Klemmkräfte halbiert, so daß ein Sattel verwendet werden kann, dessen Festigkeit nur halb so groß ist, während die gleiche effektive Steifigkeit, die durch das erforderliche Strömungsmittelvolumen, um eine vorgegebene Änderung im Bremsmoment zu erreichen, definiert wird, aufrechterhalten wird. Durch den vergrößerten Oberflächenbereich der Rotoren wird die Wärmeübertragung auf die Luft verbessert. Darüber hinaus kann der Innendurchmesser des Rotors erhöht werden, wodurch der Überhang 150 der Brückeneinheit reduziert und eine dünnere Brücke ermöglicht wird. Beispielsweise werden durch Erhöhung des Innendurchmessers des Rotors die über die Bremsbacken einwirkenden Druckkräfte näher an die Sattelbrücke heranbewegt, so daß die Torsionskraft, die die Sattelbrücke aushalten muß, reduziert wird. Eine derartige dünnere Brücke ermöglicht die Verwendung eines Rotors mit noch größerem Durchmesser, wodurch die Klemmkrafterfordernisse weiter reduziert und der Flächenbereich der Rotoren erhöht wird. Der größere Innendurchmesser des Rotors ermöglicht ferner den Einsatz eines Zahnabschnittes mit größerem Durchmesser, wodurch die Belastung auf jeden Zahn verringert wird. Die durch die verbesserte Kühlung erreichte reduzierte Temperatur verbessert die Haltbarkeit des Belagmateriales und ermöglicht die Verwendung von dünneren Reibbelägen. Da ferner der Verschleiß über vier Reibbeläge verteilt wird, kann die Belagdicke weiter reduziert werden. Der reduzierte Wärmeeintrag pro Reibfläche bedeutet, daß jeder Rotor die Hälfte der Masse eines herkömmlichen Rotors besitzen kann, wodurch belüftete Rotoren entfallen können. Des weiteren besitzen die Rotoren eine einfache Form, und andere Materialien, wie beispielsweise gestanzter Stahl, Kupfer oder Aluminium, sind für die Praxis geeignet.

Claims (5)

1. Scheibenbremse (20) mit

einer Scheibennabe (22), die an einem Rad (21) montiert werden kann,

einer Vielzahl von ebenen ringförmigen Rotoren oder Scheiben (50a, b);

Einrichtungen, die von der Scheibennabe und den Rotoren oder Scheiben gebildet werden, um die Rotoren oder Scheiben (50a, b) an der Scheibennabe derart zu befestigen, daß die Rotoren oder Scheiben zusammen mit der Scheibennabe (22) rotieren und in einer ersten Richtung im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Raddrehung frei gleiten können;

einer Vielzahl von Paaren von gegenüberliegend angeordneten Bremsbacken (108a, b, c, d), von denen jeweils ein Paar jedem Rotor oder jeder Scheibe (50a, b) zugeordnet ist, und Einrichtungen (70) zum Pressen der Bremsbacken in Reibeingriff mit ihren entsprechenden Rotoren oder Scheiben, wobei die Befestigungseinrichtungen eine Vielzahl von Nuten (46), die sich in der ersten Richtung erstrecken, und eine entsprechende Vielzahl von hierzu passenden Zähnen (56, 58) umfassen, die gleitend in den entsprechenden Nuten angeord net sind, und

wobei jede Nut einen ebenen Boden (47) und winklig hierzu angeordnete Wände (49) aufweist, die sich vom Boden (47) nach außen erstrecken, und

wobei die Befestigungseinrichtungen des weiteren einen Einsatz oder eine Auskleidung (60) zwischen jeder Nut (46) und dem entsprechenden Zahn (56, 58) aufweisen und

wobei der Einsatz oder die Auskleidung eine dünnwandige Struktur mit einem Boden (62), der auf dem Boden (47) der Nut (46) sitzen kann, und Wänden (64, 66) aufweist, die sich hiervon nach außen erstrecken,

dadurch gekennzeichnet, daß eine der Wände (64, 66) des Einsatzes oder der Auskleidung (60) bogenförmig ausgebildet ist, um entsprechende Zähne in Richtung auf eine gegenüberliegende Wand ihrer entsprechenden Nut vorzuspannen.

2. Bremse nach Anspruch 1, bei der die bogenförmig geformte Wand des Einsatzes oder der Auskleidung die Rotoren oder Scheiben nominell in eine Richtung preßt, die der Rotationsrichtung entgegengesetzt ist.

3. Bremse nach Anspruch 1, bei der der Einsatz oder die Auskleidung Einrichtungen zum Befestigen derselben an der Bremsnabe umfaßt und bei der die Befestigungseinrichtungen eine Vielzahl von (vorstehenden) Nasen (68) besitzen, die sich von einer Wand des Einsatzes oder der Auskleidung erstrecken und an einer Endwand einer entsprechenden Scheibennabe (22) (den Enden hiervon) angebracht werden können.

4. Bremse (20) nach Anspruch 1, bei der die Vielzahl der Nuten (46) in der Scheibennabe (22) ausgebildet ist und sich in der ersten Richtung erstreckt und bei der jeder Rotor oder jede Scheibe eine Vielzahl von passenden Zähnen (56, 58) aufweist, die sich von einem Innenrand (54) derselben aus erstrecken.

5. Bremse nach Anspruch 1, bei der der Winkel von einer der Wände der Nut so ausgewählt ist, daß sich diese senkrecht zu einer maximalen resultierenden Reibreaktionskraft erstreckt, und bei der der Winkel der anderen Wand der Nut entsprechend groß ist und eine getgegengesetzte Richtung besitzt.