DE3902237A1 - Selbstverstaerkendes bremssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung u. a. für Zwei­ räder bzw. eine Zusatzeinrichtung für herkömmliche Felgen-, Zangenbremsen. Diese neuartige Bremseinrichtung weist eine selbstverstärkende Wirkung auf, die zu einer deutlich gestei­ gerten Bremskraft auch unter widrigen Witterungsverhältnissen führt. Die Funktion wird über bw. Seilzüge durch Bremsarme mit in der Regel auf die Felge wirkenden Bremsbacken erreicht, wo­ bei durch an der bw. Fahrradgabel oder dem Rahmen drehbar ange­ ordnete mit den Bremsbacken verbundene Gestänge die Bremsbacken zwangsweise an die Felgen geführt werden und sich in Zusammen­ wirkung mit der Felgenbewegung zusammenziehen.

Bremsen, bei denen Seilzüge oder Gestänge die Bremskraft über Bremshebel von Bremsbelägen auf das rotierende Element über­ tragen und es zum Stillstand bringen, sind schon sehr lange bekannt. Dabei ist die Bremskraftbegrenzung bw. bei Fahrrädern natürlicherweise durch die maximale vom Fahrer aufzubringende Kraft begrenzt.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die Bremswirkung durch die konstruktive Auslegung der bw. Bremshebeln zu erhöhen. Dabei haben auch die im Rennsport auftretenden hohen Geschwindigkeiten dazu geführt, daß Vorschläge wie nach DE PS 33 10 152 ent­ standen. Die dabei stabile Auslegung verhindert angeblich eben­ falls das Flattern der Bremse bei hohen Geschwindigkeiten. Die Hebelwirkung der Bremsarme wird in der DE 34 09 779 als einem gün­ stigerem Verhältnis entsprechend beschrieben. Als Hebelver­ hältnis wird definiert der Abstand zwischen dem Drehpunkt des Bremshebels und dem Angriffspunkt der Betätigungskraft sowie zwischen dem Angriffspunkt der Bremsklötze und wieder dem Dreh­ punkt. Ein besonders günstiges Hebelverhältnis findet man an Felgenbremsen nach DE PS 35 18 992, welche von ihrer kompakten Auslegung her auch für dickere Reifen einsetzbar ist. Eine durch einen Mittelzug zu betätigende Felgenbremse, die als Zangen­ bremse besser bezeichnet wird, zeigt DE OS 37 22 712. Hier wer­ den bw. Rückstellfedern mit einer entsprechenden Vorspannung eingebaut, sowie ein Nachrüsten ähnlicher einfacherer Bremsen mit diesem System ermöglicht.

Allen genannten Bremssystemen ist gemeinsam, daß ihre Wirkung ausschließlich manuell erzeugt wird und über einen Seilzug oder ein Gestänge und vom Prinzip her ähnlichen Hebelsystemen auf die Felge übertragen wird. Einen zumindest teilweise anderen Weg beschreitet man in DE OS 33 25 970; hier wird die Bremskraft­ übertragung von den Bremsklötzen auf die Felge hydraulisch durchgeführt. Insgesamt ändert sich dabei nichts am Prinzip der bislang bekannten Bremssystemen.

In DE PE 35 18 992 wird auf ein Problem aller bisherigen hand­ betätigten Bremsen, wie bw. Felgenbremsen, hingewiesen: alle mechanischen Bauteile unterliegen elastischen Verformungen, die ein wirksames Bremsen verhindern (sinngemäß in Sp. 3, Z.22 ff.). Einem Ausrüsten mit entsprechend steifen Konstruktionen sind Material-, Gewichts- und Preisgrenzen gesetzt; die Bremskraft im Verhältnis zum Eigengewicht ist limitiert- vom Automobilbau her bekannte Bremskraftverstärkungssysteme sind nicht bekannt.

Es stellt sich somit die Aufgabe, erheblich verbesserte Bremsen zu finden, welche in ihrer Bremswirkung den bekannten überlegen und darüberhinaus einfach im Aufbau, der Wartung sind. Darüber­ hinaus sollen sich herkömmliche Bremsen nachrüsten lassen und dieses verbesserte System keinen nennenswerten Gewichtszuwachs herbeiführen.

Ziel der Erfindung ist es ebenfalls, dieses Bremssystem auf an­ dere Bewegungsvorgänge einwirken zu lassen, bei denen ebenfalls äußerst rasch ein rotierendes Element zum Stehen gebracht wer­ den soll.

Diese Aufgaben werden von dem nachfolgend beschriebenen Brems­ system gelöst. Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Bremse, die als selbstverstärkend bezeichnet werden kann, geht aus Abb. 1 hervor. Das Einleiten des Bremsvorgangs wird in üblicher Weise durch Betätigung des Bremshebels am bw. Lenker vorgenommen und über einen Bowdenzug oder ein Gestänge auf die Hebel einer Felgenbremse oder Reifenbremse übertragen. Diese Hebel 2 werden über den Drehpunkt 3 angesteuert und bringen die Bremsbacken 1 in Richtung zur Felge oder Rad 6, die sich in Pfeilrichtung be­ wegt. Am Drehpunkt 3 sind die Bremshebeln zweckmäßigerweise mit dem Rahmen verbunden. Die Bremsbacken als äußerster Punkt der Bremshebel sind zwangsgeführt an einem Gestänge 5, welches am Punkt 4 drehbar befestigt ist. Kommt es jetzt zu einem Brems­ vorgang, werden die Bremsbacken nicht in üblicher Weise an die Felge geführt (entsprechend Pfeil 8) sondern durch die Zwangs­ führung bereits bei geringer Geschwindigkeit an die Felge ge­ preßt; je höher die Geschwindigkeit des Rades ist umso stärker naturgemäß die sich selbst einstellende, verstärkende Brems­ kraft. Insgesamt beschreiten die Bremsbacken einen Weg, der auf einem Kreis um den Punkt 4 (Pfeil 9) geschlagen wird; die Rei­ bung mit der Felge führt dazu, daß die Bremsbacken sich selbst anziehen, daß darüberhinaus prinzipiell keine Kraft mehr zu ihrer Betätigung erforderlich ist. Es ist nur geringfügig mehr Kraft aufzubringen, wie bw. nötig ist, um die Kraft bw. der Rückstellfedern zum Öffnen der Bremse zu überwinden. Die Been­ digung des Bremsvorgangs wird durch Lösen des Bremshebels am Lenker eingeleitet, wodurch die Rückstellfedern das Öffnen der Bremshebel 2 und damit verbunden das Zurückdrehen des Gestänges 5 bewirken. (Abb. 1 stellt eine Prinzipskizze dar, auf die Dar­ stellung der Rückstellfedern, Halterungen, Bowdenzughalterung wird verzichtet.) Die Wirkungsweise dieses selbstverstärkenden Bremssystems ver­ langt, daß die Bremshebel 2 in Bewegungsrichtung des Rades ge­ ringfügig nachgeben können, um das selbsttätige, selbstver­ stärkende Anpressen zu gestatten. Um dies zu erreichen, ist es zweckmäßig, den Drehpunkt 3 als Langloch oder auch leicht oval auszulegen. Bei neuen Bremsen wird dies bereits während der Herstellung vorgesehen, beim Nachrüsten reicht ein Ausweiten der vorhandenen Bohrung aus. Die Anordnung des Gestänges 5 beein­ flußt die selbstverstärkende Wirkung erheblich; dabei ist die Größe des Winkels α von Bedeutung. Bei zu großem, gegen 90 strebenden Werten wird nur ein geringer Effekt bemerkbar. Um etwa 45 ist der wirkungsvollste Bereich, vor allem aus fahr­ technischer Hinsicht, da ein Blockieren der Räder ebenfalls zu verhindern sein muß. Als günstig hat sich ein Winkel von etwa 30-45 Grad herausgestellt, bei welchem der zur Selbstver­ stärkung nötige Mitnahme- und Anpreßeffekt zu einem ausgezeich­ netem Abbremsen des Rades führt. Die Länge des Gestänges 5 muß so bemessen sein, daß es zusammen mit der Stärke der Brems­ backen den Abstand Felge - Drehpunkt 4 nicht unterschreitet. Ist es kleiner, wird ein Bremsvorgang verhindert; ist es gleich oder nur geringfügig größer, kann es durch elastische Verformung der Aufhängung des Drehpunktes 4 zu einem Durchschlagen der Bremse hinter die angedeutete Linie 7 in Abb. 1 kommen, wodurch jegliche Bremswirkung verloren geht.

Die Länge dieses Gestänge ist auf einfache Art bw. auch der Felgenstärke so anzupassen, daß im Ruhestand der übliche Zwischenraum von Bremsbacke zur Felge eingehalten wird. Dies kann durch eine verstellbare Ausführung des Gestänges 5 erfol­ gen, wobei durch Ein- oder Ausschrauben eines Teiles diese An­ passung erfolgt. Die Auslegung des Gestänges hängt naturgemäß von der zu erwartenden abzubremsenden Masse ab; es hat sich ge­ zeigt, daß Materialstärken über sechs Millimeter in der Regel nicht erforderlich sind. Als Werkstoffe kommen bw. übliche Stähle, Legierungen niedriger Dichte in Frage, es können aber ohne weiteres faserverstärkte metallische oder nichtmetallische Verwendung finden.

Die Anbringung der selbstverstärkenden Bremse, bzw. des ent­ sprechenden Nachrüstsatzes ist prinzipiell unabhängig davon, wie sie montagemäßig vom Fahrradhersteller vorgesehen ist, bw. vor oder hinter dem Gabelrohr am Vorderrad, bw. an welcher Stelle die Befestigung am Hinterrad erfolgt. Entscheidend ist, daß die Befestigung der Gestänge 5 so erfolgt, wie es vom Prinzip her die Abb. 1 zeigt und dementsprechend auch die Wir­ kung auftreten kann. Zur Befestigung der Gestänge 5 mit dem Drehpunkt 4 eignen sich vorteilhaft entsprechende Holme im Be­ reich des Vorder- und Hinterrades. Hier kann durch bw. Schrauben eine Halterung verrutschfest geklemmt werden; natürlich sind ge­ klebte, geschweißte, gelötete oder von Haus aus angegossene ebenfalls möglich und für hohe Anforderungen sicherlich vorteil­ haft. An der Halterung selbst kann durch ein Scharnier, ein Ge­ lenk oder bw. eine elastische Verbindung das Gestänge beweglich angebracht werden. Die Befestigung der Gestänge an den Brems­ backen muß ebenfalls beweglich sein und ist bw. über einen Ga­ belkopf zu erreichen. Rüstet man herkömmliche Bremsen nach, so erfolgt diese Verbindung an den üblicherweise vorhandenen Längs­ führungen zum Einstellen der Bremsbacken oder direkt an den Bremsbackenbefestigungen. Es ist nicht nötig, daß alle Bremsen eines bw. Fahrrades mit selbstverstärkend wirkenden ausgerüstet sind, sondern bw. entsprechend den Wünschen des Fahrers nur das Hinterrad.

Die Anwendung dieser selbstverstärkenden Bremsanordnung ist nicht nur auf Fahrräder gleich welcher Anwendung wie Rennräder, Mountain Bikes und dergleichen eingeschränkt sondern erstreckt sich auf erheblich größere Bereiche wie bw. Mofas, leichte Motorräder, generell auch auf Fahrzeuge mit Spielcharakter wie Gokarts, Elektroautos und dergleichen, bei welchen von Kindern nur geringe Bremskräfte aufgebracht werden können. Hier läßt sich das Bremssystem erfindungsgemäß zusätzlich auf bw. kleine mitlaufende Fliehgewichte übertragen und so ein sicheres Abbrem­ sen problemlos erreichen und bw. dadurch, daß im fahrenden Zu­ stand die Bremsklötze von Elektromagneten gegen Federn angezogen werden und ein Abstellen, Ausfall des Antriebs zu einem selbst­ tätigen, selbstverstärkenden Abbremsen führt. Dieses Prinzip läßt sich auch auf andere elektrischen Antriebe übertragen, wie bw. auf Sägen und dergleichen. Hier sind maximale Zeiten bis zum Stillstand bw. eines Sägeblattes gesetzlich vorgeschrieben. Dies verhindert jedoch nicht, daß sich das Sägeblatt im ausgeschal­ teten Zustand des Motors von Hand durchdrehen läßt. Die Über­ tragung des selbstverstärkenden Bremssystems auf diesen An­ wendungsfall würde bei nur geringster Bewegung des Blattes ein Blockieren herbeiführen, welches erst im eingeschalteten Zustand durch Anziehen der Elektromagnete aufgehoben würde. Die Be­ triebssicherheit würde gerade gegen den Eingriff von Kindern erheblich gesteigert werden. Diese angeführten Beispiele der An­ wendung der erfindungsgemäßen selbstverstärkenden Bremse sind nur ein Teil der denkbar möglichen und nicht nur auf sie be­ schränkt.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Bremse mit selbstver­ stärkender Wirkung kann man an einem Fahrrad überprüfen. Die Felgenbremse des Hinterrads eines Fahrrads wurde mit der er­ findungsgemäßen Bremse nachgerüstet, indem die Halterung mit Ge­ lenk und Gestänge an den entsprechenden Holmen montiert und über eine drehbare Schraubverbindung mit dem Langloch zur Führung der Bremsbacken verbunden wurde. Der entsprechende Winkel war auf 45 Grad eingestellt. Vergleichsweise wurde das gleiche Fahr­ rad mit gelöstem Gestänge - also in herkömmlicher Anwendung - benutzt, um die Wirkungsweise beider Anordnungen zu bewerten. Ohne erfindungsgemäße, selbstverstärkende Wirkung wurde ein er­ heblich längerer - von über 40% - Bremsweg bei gleicher Ver­ suchsperson, Weglänge, Strecke und Fahrgeschwindigkeit erhalten. Mit selbstverstärkender Wirkung war es immer möglich, das ge­ bremste Rad zum Blockieren zu bringen.

Eine besonders überraschende Wirkung wurde beim Bremsen mit naßer Felge beobachtet: auch hier war ein blockieren möglich, d.h. eine ausgezeichnete Bremswirkung erreichbar. Dieses zwangs­ weise ohne Kraftanstrengung herbeigeführte Blockieren des Rades wurde nur herbeigeführt, um überzeugend die Wirkung des selbst­ verstärkenden Bremssystems zu beschreiben; im verkehrssicheren Betrieb ist ein Blockieren natürlich zu vermeiden.

Abb. 1
1 Bremsbacke
2 Bremshebel
3 Drehpunkt Bremshebel
4 Drehpunkt Gestänge
5 Gestänge
6 Felge, bzw. rotierendes Element
7 Bezugslinie
8 Bewegungsrichtung Bremsbacken ohne
Selbstverstärkung
9 Bewegungsrichtung Bremsbacken mit
Selbstverstärkung

Claims (10)

1. Bremseinrichtung für Zweiräder, insbesondere für Fahrräder, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremswirkung selbstver­ stärkend ist.

2. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Betätigungshebel, Bowdenzug oder Gestänge, zwei drehbaren Bremshebeln mit Bremsbacken und Rückstellfeder und Spiel der Bremshebel im Drehpunkt in Bewegungsrichtung des Rades, nötigen Justier- und Befestigungseinrichtungen und einem justierbaren, drehbaren Gestänge besteht.

3. Bremseinrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorhandene übliche, nicht selbstverstärkende Bremse zu einer selbstverstärkenden nachgerüstet wird, wobei ein drehbares, justierbares Gestänge einerseits am Holm oder Gabelrohr andererseits an den Bremsbacken beweglich befe­ stigt wird und der Drehpunkt der Bremshebel durch Bohren, Fräsen oder Feilen aufgeweitet oder mit einer entsprechenden Führungshülse versehen wird.

4. Bremseinrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsbacken mit einem Gestänge 5 verbunden sind, welches drehbar am Rahmen befestigt ist und bei Betätigung der Bremse die Bremsbacken auf einen tangentialen Weg an die abzubremsende Fläche anpreßt, wobei der Drehpunkt 3 diese Bewegung der Bremshebel zuläßt.

5. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung sowohl auf alle Räder als auch nur auf das Vorder- oder Hinterrad vorgesehen ist.

6. Bremseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α kleiner 90° ist.

7. Bremseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α kleiner 60° ist.

8. Bremseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge über ein Scharnier, Gelenk am Holm oder Gabelrohr befestigt ist, wobei die Verbindung angegossen, geschweißt, gelötet, geklebt oder geklemmt sein kann.

9. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die selbstverstärkende Bremswirkung auf einachsige Bremsvorgänge angewendet wird, insbesondere auf elektrische Antriebe für Spielzeuge, Sägen und dergleichen.

10. Bremseinrichtungen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsklötze hydraulisch, pneumatisch oder von Elek­ tromagneten geöffnet gehalten werden.