DE3936733A1 - Bicycle hub with hydraulic disc brake - has annular piston working against linings secured by through-bolts - Google Patents

Bicycle hub with hydraulic disc brake - has annular piston working against linings secured by through-bolts

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Abstract

The bicycle wheel hub has a hydraulically-operated disc brake. This is supported in the axial and radial directions from the spindle (1) fixed to the fork or frame by ball-or roller bearings (2, 3). Annular brake linings (5, 6) are fixed to the hub on both sides by bolts (7) passing through it and movable in the axial direction, while at one side is a brake ring (8) fixed to the spindle and with a lever (81) for the braking torque, and at the other a further ring (15) sliding via splines on the spindle and with a return spring. An annular piston with rubber sealing ring slides on the spindle, and is supported by a bell-housing (9) with feed drilling for the hydraulic fluid. Pressure of the latter thrusts the piston against the lining. USE/ADVANTAGE - Easy and reliable operation of bicycle brake in all weather conditions.

Description

Fahrräder werden heute überwiegend mit Felgenbremsen aus­ gerüstet. Diese weisen den Nachteil auf, daß Felgen und Rei­ fen bei längeren Gefällefahrten thermisch unzulässig hoch be­ lastet werden. Außerdem werden die Räder durch Anordnung zu­ sätzlicher Profilblechringe, welche die Anlaufflächen der Bremsklötze bilden, schwerer. Dadurch wird die Drehmasse der Räder vergrößert und damit deren Corioliskräfte, welche sich beispielsweise bei schnellen Fahrten durch enge Kurven als äußerst nachteilig auf die Straßenlage auswirken können.Bicycles are now mostly made with rim brakes equipped. These have the disadvantage that rims and Rei must be thermally impermissibly high on longer downhill runs be burdened. In addition, the wheels are arranged too additional profiled sheet metal rings, which the contact surfaces of the Form brake pads, heavier. This turns the rotating mass of the Wheels enlarged and thus their Coriolis forces, which are for example when driving fast through tight bends can be extremely detrimental to road holding.

Aus den angeführten Gründen werden noch viele Tourenräder an den Vorderrädern mit mechanisch durch Bowdenzug betätigten Bremsnaben ausgerüstet. Weil dazu vorwiegend Trommelbremsen benutzt werden, entsteht ein erheblicher zusätzlicher Gewichts­ aufwand, allerdings ohne die Drehmasse des Rades nennenswert zu vergrößern. Durch Verwendung von bekannten, mechanisch betätigten Vollscheibenbremsen könnte dieser Nachteil behoben werden und auch die schlechte Bremscharakteristik der Trommel­ bremse verbessert werden. Jedoch bleibt bei allen mechanisch betätigten Bremsnaben der Nachteil bestehen, daß eine hysterese­ behaftete Bowdenzugbedienung und die mechanische Zuspannung der Backen oder Scheiben vorgesehen sein muß.For the reasons given there are still many touring bikes on the front wheels with mechanically operated by Bowden cable Brake hubs equipped. Because mainly drum brakes used, there is a considerable additional weight effort, but without the turning mass of the wheel worth mentioning to enlarge. By using known, mechanical Full disc brakes applied could remedy this disadvantage and the poor braking characteristics of the drum brake can be improved. However, all remain mechanical actuated brake hubs have the disadvantage that hysteresis afflicted Bowden cable operation and the mechanical tensioning of the Baking or slices must be provided.

Inzwischen sind mit einer leichten Hydraulikbetätigung ausge­ rüstete Handbremshebel auf den Markt gekommen, welche mit hydrau­ lisch zugespannten Felgenbremsen kombiniert werden. Durch die hydraulische Betätigung wird eine gleichmäßig auf beide Felgen­ seiten wirkende Druckverteilung erzielt; die oben beschriebenen grundsätzlichen Fehler der Felgenbremse werden durch Anwendung der hydraulischen Betätigung keinesfalls beseitigt und dazu der Gewichtsaufwand vergrößert.In the meantime, with a slight hydraulic actuation equipped handbrake lever came on the market, which with hydrau clamped rim brakes can be combined. Through the Hydraulic actuation is even on both rims side-acting pressure distribution achieved; those described above fundamental errors of the rim brake are caused by application the hydraulic actuation is not eliminated and the Weight expenditure increased.

Eine einfach gestaltete, leichte Bremsnabenlösung in, eine große Lebensdauer gewährleistender, Vollscheibenbremsbauart zu schaffen, hat sich die Erfindung zur Aufgabe gesetzt. Mit diesen Brems­ haben, eingebaut im Vorder- und Hinterrad, soll das Fahrrad leichter als mit hydraulischen Felgenbremsen werden und im Gegensatz dazu bei allen Wetterbedingungen eine einwandfreie Bremswirkung aufweisen. Dabei ist ein leichter Radwechsel ohne erneutes Einstellen der Bremsen möglich.A simply designed, light brake hub solution in, a big one To provide full-disc brake design that ensures service life, the invention has set itself the task. With this brake  have built into the front and rear wheel, the bike should lighter than with hydraulic rim brakes and in In contrast, in all weather conditions a perfect one Have braking effect. There is an easy wheel change possible without having to reset the brakes.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst. In weiterer Ausbildung der Erfin­ dung erfolgt die Abstützung des beim Bremsen an die Brems­ belagringscheibe angelegten Bremsanlaufringes auf der Naben­ achse sowie seine Rückführung in die Ausgangsstellung nach der Bremsung durch eine mit Schlitzen und/oder Verzahnung für die Momentübertragung ausgebildete Tellerfeder.This task is characterized by the characteristics of Claims 1 and 2 solved. In further training the Erfin The brakes are supported on the brakes brake ring on the hubs axis and its return to the starting position braking by means of slots and / or teeth Disc spring designed for torque transmission.

Dadurch braucht der Bremsanlaufring bei der Bremsbetätigung nicht unter Last axial auf einer Verzahnung zu gleiten. Zudem ist diese Bremsmomentabstützung praktisch hysterese­ frei und einfach herstellbar.As a result, the brake thrust ring is required when the brake is actuated not to slide axially on a toothing under load. In addition, this braking torque support is practically hysteresis free and easy to manufacture.

In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.Exemplary embodiments of the invention are shown in the figures shown.

Fig. 1 und 2 zeigt eine Vorderradbremsnabe mit auf beiden Sei­ ten der Nabe angeordneten Bremsbelagringscheiben. Fig. 1 gibt einen Längsschnitt und Fig. 2 einen in Fig. 1 A-B gekenn­ zeichneten Querschnitt wieder. In Fig. 3 ist eine Hinterrad­ nabe mit einseitiger Bremse im Längsschnitt veranschaulicht, bei der die Betätigung der der Vorderradbremse entspricht. In Fig. 4 ist der Hydraulik-Zuführungsschlauch mit der geschlossenen Leitungskupplungshälfte dargestellt, welche nach Befestigen des Rades mit Nabe am Rahmen auf die, an der Betä­ tigungsglocke der Bremsnabe an einem Fortsatz angebrachte Kupplungshälfte aufgesteckt wird, wodurch der Anschluß an die Betätigungshydraulik hergestellt ist. Schließlich ist in Fig. 5 eine Variante der Abstützung des Bremsanlaufringes auf der Nabenachse wiedergegeben. Fig. 1 and 2 shows a Vorderradbremsnabe with Be on both the hub th arranged brake lining annular discs. Fig. 1 shows a longitudinal section and Fig. 2 shows a marked in Fig. 1 AB marked cross section again. In Fig. 3, a rear wheel hub with one-sided brake is illustrated in longitudinal section, in which the operation corresponds to that of the front brake. In Fig. 4 the hydraulic supply hose is shown with the closed line coupling half, which is attached after attaching the wheel with the hub to the frame on the, at the actuation bell of the brake hub attached to an extension coupling half, whereby the connection to the actuating hydraulics is made. Finally, a variant of the support of the brake thrust ring on the hub axle is shown in FIG. 5.

In den Abbildungen Fig. 1 und 2 ist mit 1 die Nabenachse, auf der auf Lagern 2 und 3 die Nabe 4 abgestützt ist, gekennzeich­ net. Die beiden Bremsbelagringscheiben 5 und 6 sind durch gleich­ mäßig am Umfang angeordnete Bolzen 7 formschlüssig miteinander verbunden. Die Bremsbetätigung besteht aus der Betätigungs­ glocke 9 mit Fortsatz 9 1 in welchen die aus einem eingepreß­ ten Ring 10, einer Kugel 11 mit Druckfeder 12 bestehende Lei­ tungskupplungshälfte integriert ist.In the figures, Fig. 1 and 2, with the hub axle 1, is supported on the bearings at 2 and 3, the hub 4, gekennzeich net. The two brake lining ring disks 5 and 6 are positively connected to one another by bolts 7 arranged uniformly on the circumference. The brake actuation consists of the actuating bell 9 with extension 9 1 in which the line coupling half consisting of a pressed ring 10 , a ball 11 with a compression spring 12 is integrated.

Über die Bohrung 9 2 steht bei angeschlossener Hydraulik die nicht mit dargestellte, aus Handhebel und Hauptzylinder bestehende Hydraulik-Bremsbetätigung mit einem die Na­ benachse umschließenden Ringraum, in welchem der Ringkolben 13 mit Dichtring 14 axial bewegt werden kann. Der Ringkolben steht über Fortsätze mit dem Bremsanlaufring 15 in Verbindung. Letz­ terer wird bei Druckbeaufschlagung des Ringkolbens gegen die Belagseite der Bremsbelagringscheibe gedrückt und preßt gleichzeitig über die die Nabe durchdringende Bolzen 7 die Bremsbelagringscheibe 6 gegen den Ringflansch 8. Bremsanlauf­ ring 15 und Ringflansch 8 nehmen die Bremswärme auf und führen sie vorwiegend durch Konvektion an die beim Fahren vorbeistrei­ chende Luft ab.About the hole 9 2 is connected to the hydraulic system, not shown, consisting of a hand lever and master cylinder hydraulic brake actuation with a Na enclosing the annular space in which the annular piston 13 with the sealing ring 14 can be moved axially. The ring piston is connected to the brake thrust ring 15 via extensions. The latter is pressed against the lining side of the brake lining ring disk when the annular piston is pressurized and at the same time presses the brake lining ring disk 6 against the ring flange 8 via the bolts 7 penetrating the hub. Brake start ring 15 and ring flange 8 absorb the braking heat and dissipate it mainly by convection to the air flowing past while driving.

Die Betätigung der Bremse ist aus zwei Gründen praktisch hyste­ resefrei. Zum einen erfolgt eine direkte, rotationssymmetri­ sche hydraulische Betätigung, zum andern ist der mit Spiel auf der Achse 1 sitzende Bremsanlaufring 15 durch Fortsätze 15 1 an einer radial geschlitzten, innen verzahnten Tellerfeder 18 aufgehängt, welche beim Anpressen zum Bremsen, also bei ein­ geleiteter Umfangskraft lediglich eine elastische Formänderung durchführen muß. Die Feder 18 leitet das Bremsmoment über ein aufgerolltes Zahnprofil in die Nabenachse 1. Das Bremsmoment wird auf der gegenüberliegenden Seite der Nabe durch den Fort­ satz 8 1 des mit der Nabenachse formschlüssig verbundenen Ring­ flansches 8 auf die Fahrradgabel übertragen.The actuation of the brake is practically hysterical for two reasons. On the one hand, there is a direct, rotationally symmetrical hydraulic actuation, and on the other hand, the brake thrust ring 15, which is seated on the axis 1 with play, is suspended by extensions 15 1 on a radially slotted, internally toothed plate spring 18 , which when pressed for braking, that is to say with a guided peripheral force only has to carry out an elastic shape change. The spring 18 guides the braking torque into the hub axle 1 via a rolled tooth profile. The braking torque is transmitted to the bicycle fork on the opposite side of the hub by the extension 8 1 of the ring flange 8 which is positively connected to the hub axle.

Die Abdichtung des hydraulischen Druckraumes auf der Achse 1 erfolgt durch einen Schnurring 17. Eindringen von Schmutz zwischen Betätigungsglocke 9 und Bremsanlaufring 15 wird durch den Dichtbalg 16 verhindert. Die Einstellung des Lüft­ spieles der Bremse erfolgt durch die Mutter 1 2 auf der Naben­ achse, die Lagerspieleinstellung durch die Mutter 1 3.The hydraulic pressure chamber on axis 1 is sealed by a cord ring 17 . Penetration of dirt between the actuating bell 9 and the brake thrust ring 15 is prevented by the sealing bellows 16 . The brake clearance is adjusted by the nut 1 2 on the hub axle, the bearing clearance adjustment by the nut 1 3 .

In Fig. 3 ist eine Hinterradbremsnabe, welche einen Gewinde­ fortsatz 19 1 an der Nabe 19 zur Aufnahme der Antriebsräder aufweist, wiedergegeben. Die hydraulische Betätigung erfolgt, wie bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorderradnabe, mit derselben Einrichtung. Der Übersichtlichkeit halber sind deshalb die betreffenden Bezugszeichen nicht mit angeführt. Die Nabe 19 ist auf der Achse 22 durch die Lager 21 und 23 abgestützt. Die Bremsbelagringscheibe 5 ist im Gegensatz zur Vorderradbremsnabe mit Schrauben 5 1 an der Nabe 19 befestigt. Die Abstützung des Bremsmoments erfolgt über den formschlüssig mit der Achse verbundenen Ringflansch 20 mit Fortsatz 20 1. In Fig. 3, a rear wheel brake hub, which has a thread extension 19 1 on the hub 19 for receiving the drive wheels, is shown. The hydraulic actuation takes place, as in the case of the front wheel hub shown in FIGS. 1 and 2, with the same device. For the sake of clarity, the relevant reference numerals are therefore not included. The hub 19 is supported on the axis 22 by the bearings 21 and 23 . The brake lining washer 5 is secured, in contrast to Vorderradbremsnabe with screws 5 on the hub 1 nineteenth The braking torque is supported via the ring flange 20 with extension 20 1 which is positively connected to the axle.

In Fig. 4 ist der von der am Lenker angebrachten Hydraulik­ betätigung aus zur Bremsnabe geführte Bremsschlauch 24 darge­ stellt. Der Schlauch ist druckfest mit der Kupplungsfassung 25 verbunden. In die Fassung ist der hohle Ventilschaft 26 einge­ preßt. Der Ventilschaft weist über dem kegeligen Dichtungssitz eine Querbohrung auf, durch welche der Hydraulikdruck beim Brem­ sen am bei geschlossener Kupplung offenen Ventilsitz und der Kugel 11 vorbei in den Ringraum des Kolbens 13 geführt wird. Bei getrennter Kupplung ist die am Schlauch sitzende Kuppluns­ hälfte dadurch geschlossen, daß die Feder 28 den Kupplungs­ ring 27 gegen den Kegelsitz des Ventilschaftes 26 drückt. Lufteintritt beim Kuppeln ist ausgeschlossen, weil der Ventil­ schaft an seiner Stirnseite eine kugelförmige Ausnehmung auf­ weist, mit der die Kugel 11 beim Kuppeln geöffnet wird.In Fig. 4 of the attached to the handlebar hydraulic actuation out to the brake hub brake hose 24 is Darge. The hose is pressure-tightly connected to the coupling socket 25 . In the socket, the hollow valve stem 26 is pressed. The valve stem has a transverse bore above the conical sealing seat, through which the hydraulic pressure during braking is guided past the valve seat, which is open when the clutch is closed, and the ball 11 into the annular space of the piston 13 . When the clutch is disconnected, the coupling on the hose is closed in that the spring 28 presses the coupling ring 27 against the conical seat of the valve stem 26 . Air entry when coupling is excluded because the valve shaft has a spherical recess on its end face, with which the ball 11 is opened when coupling.

In Fig. 5 ist in einem Teillängsschnitt eine andere Bremsmoment­ übertragung des Bremsanlaufringes (15′) dargestellt. Im Gegensatz zum Bremsanlauring 15 in Fig. 1 weist letzterer eine Innenverzah­ nung auf, welche in eine verlängerte Verzahnung (28) auf der Na­ benachse eingreift und auf der der Bremsanlaufring beim Bremsen axial verschoben wird. Die Rückstellung des Bremsanlaufringes erfolgt durch die Tellerfedern 29.In Fig. 5, a different braking torque transmission of the brake thrust ring ( 15 ') is shown in a partial longitudinal section. In contrast to the brake ring 15 in Fig. 1, the latter has an internal toothing, which engages in an extended toothing ( 28 ) on the Na axis and on which the brake ring is axially displaced when braking. The brake thrust ring is reset by the disc springs 29 .

Claims (3)

1. Mit einer hydraulisch betätigten Vollbelagscheibenbremse ausgerüstete Fahrradbremsnabe dadurch gekennzeichnet, daß die auf der, an der Fahrradgabel oder am Fahrradrahmen befestigte Nabenachse (1; 22) axial und radial mittels Wälzlager (2, 3; 21, 23) abgestützte Nabe (4; 19) auf einer oder beiden Stirnseiten in Umfangsrichtung mitgenommene Bremsbelagringscheiben (5, 6) aufweist, wobei letztere bei einseitiger Anordnung von Bremsbelagringscheiben mit der Nabe durch Schrauben (5 1) verbunden sind und bei beidseitiger Anordnung von Bremsbelagringscheiben diese in für sich be­ kannter Weise über, die Nabe (4) durchdringende, axial be­ wegliche Bolzen (7) miteinander verbunden sind, und auf einer Seite der Nabe (4; 19) ein bei beidseitiger Bremsbe­ aufschlagung gleichzeitig als Bremsanlaufring dienender, die Bremsmomentabstützung über einen Hebel (8 1; 20 1) vor­ nehmender, mit der Nabenachse (1, 22) formschlüssig verbun­ dener Ringflansch (8; 20) vorgesehen ist und auf der gegen­ überliegenden Nabenseite ein axial beweglich über ein Wellen­ zahnprofil (1 1; 22 1; 28) in Umfangsrichtung formschlüssig mit der Achse verbundener Bremsanlaufring (15; 15′) gelagert ist, der durch eine Feder (15; 27) zurückgestellt wird und über einen, auf der Nabenachse (1; 22) axial beweglich gelagerten, durch einen Gummiring (14) abgedichteten Ring­ kolben (13), welcher auf einer zylindrischen Ausnehmung in der, die Zuführungsbohrung (9 2) für das Hydraulikmittel aufweisenden, axial festen, durch Gummischnurring (17) auf der Nabenachse (1; 22) abgedichteten Betätigungsglocke (9) abgestützt ist, zum Bremsen gegen die Bremsbelagringschei­ be (5) gedrückt wird. 1. Equipped with a hydraulically actuated full-lining disc brake, the bicycle brake hub is characterized in that the hub ( 4 ; 19 ) supported axially and radially by means of roller bearings ( 2 , 3 ; 21 , 23 ) on the hub axle ( 1 ; 22 ) attached to the bicycle fork or on the bicycle frame ) on one or both end faces in the circumferential direction entrained brake lining ring disks ( 5 , 6 ), the latter being connected to the hub by screws ( 5 1 ) in the case of one-sided arrangement of brake lining ring disks and in a manner known per se when the brake lining ring disks are arranged on both sides, the hub ( 4 ) penetrating, axially movable bolts ( 7 ) are connected to each other, and on one side of the hub ( 4 ; 19 ) serves as a brake thrust ring with braking on both sides, the braking torque support via a lever ( 8 1 ; 20 1 ) before taking, with the hub axle ( 1 , 22 ) positively connected ring flange ( 8 ; 20 ) before is seen and on the opposite hub side an axially movable via a shaft tooth profile ( 1 1 ; 22 1 ; 28 ) in the circumferential direction positively connected to the axle brake thrust ring ( 15 ; 15 ') is mounted, which is reset by a spring ( 15 ; 27 ) and via an axially movably mounted on the hub axle ( 1 ; 22 ) by a rubber ring ( 14 ) sealed ring piston ( 13 ), which is supported on a cylindrical recess in the, the supply bore ( 9 2 ) for the hydraulic medium, axially fixed, by rubber cord ring ( 17 ) on the hub axle ( 1 ; 22 ) sealed actuating bell ( 9 ) is pressed for braking against the brake lining ring disc ( 5 ). 2. Fahrradbremsnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikkreis (9 2) der Fahrradbremsnabe mit der mit dem Hauptzylinder verbundenen Zuleitung (24) über eine beidseitig wir­ kende Leitungskupplung (9 1, 10, 11, 12; 25, 26, 28, 29), welche ohne schädlichen Lufteinschluß auf beiden Sei­ ten getrennt werden kann, verbunden ist.2. Bicycle brake hub according to claim 1, characterized in that the hydraulic circuit ( 9 2 ) of the bicycle brake hub with the lead connected to the master cylinder ( 24 ) via a bilateral we kende line coupling ( 9 1 , 10, 11, 12; 25, 26, 28th , 29 ), which can be separated on both sides without harmful air inclusion, is connected. 3. Fahrradbremsnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bremsmomentüber­ tragung vom Bremsanlaufring (15) auf die Nabenachse (1; 22) sowie die Rückführung des Bremsanlaufringes in die Ausgangsstellung nach der Bremsung eine mit Schlitzen und/oder Verzahnungen für die Momentübertra­ gung ausgebildete Tellerfeder (18) verwendet wird.3. Bicycle brake hub according to claim 1, characterized in that for the transmission of brake torque from the brake thrust ring ( 15 ) to the hub axle ( 1 ; 22 ) and the return of the brake thrust ring to the starting position after braking one with slots and / or teeth for the torque transmission trained disc spring ( 18 ) is used.
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