DE60012124T3

DE60012124T3 - Fahrradbremsscheibe mit Armen zur Verbindung eines inneren ringförmigen Teils mit einem ausseren ringförmigen Teil die tangential zu einem effektiven Kreis verlaufen

Info

Publication number: DE60012124T3
Application number: DE60012124T
Authority: DE
Inventors: Daisuke Nago; Hisashi Matsui
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2020-12-15
Also published as: EP1112919B9; EP1112919A3; TWM244255U; DE60012124T2; US6530457B1; CN1138670C; EP1112919A2; EP1112919B2; EP1112919B1; JP2001208114A; CN1307997A; DE60012124D1; JP3429491B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf Fahrradbremseinrichtungen und insbesondere auf eine Fahrradbremsscheibe gerichtet, die die Wärmeerzeugung während des Bremsvorgangs aufnimmt.
Scheibenbremssysteme werden immer beliebter bei Mountainbikes wegen ihrer überlegenen Bremseigenschaften unter strengen Betriebsbedingungen. Ein typisches Scheibenbremssystem umfasst eine Bremsscheibe, die sich mit dem Rad des Fahrrades dreht, und einen Bremssattel, der die Bremsscheibe sandwichartig umgibt und die Bremsklötze gegen gegenüber liegende Seiten der Bremsscheibe drückt. Die Reibung zwischen den Bremsklötzen und der Bremsscheibe bewirkt die Bremsfunktion. Nicht überraschend wird eine nicht zu vernachlässigende Wärme dort erzeugt, wo die Bremsklötze die Bremsscheibe während der Bremsbetätigung berühren. Da die Bremsklötze gewöhnlich gegen die äußeren radialen Flächen der Bremsscheibe drücken, wird die erzeugte Wärme an den radial außen liegenden Teilen der Bremsscheibe lokalisiert. Als Ergebnis eines solchen ungleichmäßigen Erwärmungsvorgangs dehnen sich die in radialer Richtung außen liegenden Teile der Bremsscheibe aus, während die radial innen liegenden Teile der Bremsscheibe sich, wenn überhaupt, nur sehr gering ausdehnen. Wenn sehr hohe Temperaturen während der Bremsbetätigung erzeugt werden, kann diese ungleichmäßige Ausdehnung ein Verziehen der Bremsscheibe bewirken. Wenn sich die Bremsscheibe zu einer Seite verzieht, kann dies bewirken, dass einer der Bremsklötze stärker gegen eine Seite der Bremsscheibe drückt als der andere Bremsklotz, woraus sich eine weitere ungleichmäßige Erwärmung und ein Verlust der Bremseffizienz ergeben. Wenn sich die Bremsscheibe in eine Wellenform verzieht, tritt eine starke Vibration während des Bremsvorgangs auf.
Eine Bremsscheibe, die das Problem der ungleichmäßigen Ausdehnung anspricht, ist in US Patent Nr. 5848674 offenbart. Dieses Patent offenbart eine Bremsscheibe mit einem inneren Ring und einem äußeren Ring, welche durch eine Mehrzahl beabstandeter Arme miteinander verbunden sind. Jeder Arm weist eine gekrümmt L-Form auf, so dass die Spannung in der Scheibe, welche durch die Wärme hervorgerufen wird, die in dem äußeren Ring erzeugt wird, durch die radiale Ausdehnung und das Zusammenziehen der Arme abgeleitet wird. Der Nachteil einer solchen Konstruktion ist jedoch, dass die gekrümmten Arme weniger gut in der Lage sind, den Drehkräften der Bremsscheibe während des Bremsvorgangs wegen des Cantilever-Effekts an den Krümmungen Stand zu halten. Außerdem haben die gekrümmten Arme einen geringeren Widerstand gegen Seitenaufprallkräfte, da die Krümmungen als Schwenkpunkt für den äußeren Ring relativ zum inneren Ring während der Ausübung solcher Kräfte fungieren.
Die Patentanmeldung WO 99/47409 offenbart eine Bremsscheibe mit einer Mehrzahl Verbindungsarme. Jeder der Mehrzahl Verbindungsarme dieser Bremsscheibe ist tangential zu einem effektiven Kreis EC, der konzentrisch mit einem Befestigungskreis MC ist. Der effektive Kreis EC dieser Bremsscheibe hat einen Radius, der ein wenig kleiner ist als der Radius des Befestigungskreises MC (der effektive Kreis ist gemäß der Definition in Anspruch 1 aufgebaut). Dies führt zu einer Konzentration der Spannung. Dies ist so, weil der innere ringförmige Teil der Bremsscheibe der Spannung ausgesetzt ist, die durch den Druck der Befestigungsschrauben hervorgerufen wird, die die Bremsscheibe mit der Nabe verbinden. Zusätzlich ist der innere ringförmige Teil im selben Bereich unter Spannung gesetzt, welche durch die Verbindungsarme bei Aktivierung der Bremse ausgeübt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Bremsscheibe von der Art gerichtet, die einen inneren ringförmigen Teil und einen äußeren ringförmigen Teil aufweist, die durch eine Mehrzahl beabstandeter Arme verbunden sind, wobei die Spannung in der Scheibe, die durch die Ausdehnung des äußeren ringförmigen Teils hervorgerufen wird, ohne Beeinträchtigung der Dreh- und der lateralen Steifheit abgeleitet wird. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält eine einstückige Bremsscheibe für ein Fahrzeug: einen in Radialrichtung inneren ringförmigen Teil, der eine Mehrzahl in Umfangsrichtung befindlicher Befestigungslöcher aufweist, die einen Befestigungskreis definieren; einen in Radialrichtung äußeren ringförmigen Teil, der mit dem in Radialrichtung inneren ringförmigen Teil konzentrisch ist und gegenüber liegende Bremsflächen aufweist; und eine Mehrzahl Verbindungsarme, die sich von einer inneren Randfläche des in Radialrichtung äußeren ringförmigen Teils zur äußeren Randfläche des in Radialrichtung inneren ringförmigen Teils erstrecken. Jeder der Mehrzahl von Verbindungsarmen ist tangential zu einem effektiven Kreis, der zum Befestigungskreis konzentrisch ist, wobei der effektive Kreis einen Radius aufweist, der größer ist als der Radius des Befestigungskreises.
In einer spezifischeren Ausführungsform definiert eine innere Randfläche des in Radialrichtung äußeren ringförmigen Teils einen äußeren Armverbindungskreis, und eine äußere Randfläche des in Radialrichtung inneren ringförmigen Teils definiert einen inneren Armverbindungskreis. Für jeden der Mehrzahl von Verbindungsarmen schneidet eine gerade gedachte Linie, die einen äußeren Mittelpunkt des Verbindungsarms auf dem äußeren Armverbindungskreis und einen inneren Mittelpunkt des Verbindungsarms auf dem inneren Armverbindungskreis verbindet, den Verbindungsarm entlang der gesamten Länge des Verbindungsarms. Um die Luftzufuhr zur Scheibe zu verbessern, enthält der der in Radialrichtung innere Teil eine Mehrzahl Öffnungen, die in Radialrichtung außerhalb der Mehrzahl Befestigungslöcher angeordnet sind, wobei der effektive Kreis die Mehrzahl der Öffnungen schneidet. Außerdem enthält der in Radialrichtung äußere ringförmige Teil eine Mehrzahl in Umfangsrichtung angeordneter Belüftungslöcher, wobei die Mehrzahl Belüftungslöcher so angeordnet sind, dass sie eine Mehrzahl L-Formen bilden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsscheibe, die an einer Radnabe befestigt ist und einen über ihr liegenden Bremssattel aufweist;
2 ist eine Teilquerschnittvorderansicht der erfindungsgemäßen Bremsscheibe, die an einer Radnabe montiert ist; und
3 ist eine Seitenansicht der Bremsscheibe allein.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine Seitenansicht einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsscheibe 10, die an einer Radnabe 14 befestigt ist und einen über ihr liegenden Bremssattel 16 aufweist; 2 ist eine Teilquerschnittvorderansicht der erfindungsgemäßen Bremsscheibe 10, die an einer Radnabe 14 montiert ist; und 3 ist eine Seitenansicht der Bremsscheibe 10 allein. Wie in den Figuren, und insbesondere in 3, gezeigt, enthält die Bremsscheibe 10 einen in radialer Richtung inneren ringförmigen Teil 20, der eine Mehrzahl in Umfangsrichtung befindlicher Befestigungslöcher 24 aufweist, die einen Befestigungskreis MC definieren, einen in Radialrichtung äußeren ringförmigen Teil 28, der mit dem in Radialrichtung inneren ringförmigen Teil 20 konzentrisch ist und gegenüber liegende Bremsflächen 32 und 34 (2) aufweist; und eine Mehrzahl gleich beabstandete Verbindungsarme 38, die sich von einer inneren Randfläche 42 des in Radialrichtung äußeren ringförmigen Teils 28 zu einer äußeren Randfläche 43 des in Radialrichtung inneren ringförmigen Teils 20 erstrecken. Wie unten diskutiert, ist jeder der Mehrzahl Verbindungsarme 38 tangential zu einem effektiven Kreis EC, der mit dem Befestigungskreis MC konzentrisch ist, wobei der effektive Kreis EC einen Radius ECR aufweist, der größer ist als der Radius MCR des Befestigungskreises MC. Die Bremsscheibe 10 ist an einem Befestigungsflansch 44 der Radnabe 14 durch Bolzen 44 befestigt. Der Bremssattel 16 ist vom Vierkolbentyp, bei dem zwei Kolben (nicht gezeigt) gegen jeden Bremsklotz (nicht gezeigt) drücken, um eine Stoppkraft auf die Bremsflächen 32 und 34 in gut bekannter Weise auszuüben.
Der Befestigungskreis MC ist durch jeden Kreis gegeben, der sich mit der Mehrzahl Befestigungslöcher 24 schneidet. In dieser Ausführungsform ist der Befestigungskreis MC durch einen Kreis gegeben, der den Mittelpunkt jedes Befestigungslochs 24 schneidet. Um den effektiven Kreis EC zu bestimmen, sollte darauf hingewiesen werden, dass die innere Randfläche 42 des in Radialrichtung äußeren ringförmigen Teils 28 einen äußeren Armverbindungskreis OAC definiert und die äußere Randfläche 43 des in Radialrichtung inneren ringförmigen Teils 20 einen innern Armverbindungskreis IAC definiert. Für jeden Verbindungsarm 38 lässt sich eine gerade gedachte Linie P vom äußeren Mittelpunkt OM des Verbindungsarms 38 auf dem äußeren Armverbindungskreis OAC durch einen inneren Mittelpunkt IM des Verbindungsarms 38 auf dem inneren Armverbindungskreis IAC ziehen. Der effektive Kreis EC ist der Kreis, der tangential zur resultierenden Mehrzahl gedachter Linien P liegt, wie in 3 gezeigt. In dieser Ausführungsform kann der Radius des effektiven Kreises EC bis zu zweimal der Radius des Befestigungskreises MC sein. In dieser Ausführungsform schneidet jede gedachte Linie P ihren entsprechenden Verbindungsarm 38 entlang der gesamten Länge des Verbindungsarms. Dies wird erleichtert, indem der mittlere Teil jedes Verbindungsarms 38 als gerader Teil 48 mit gegenüber hegenden Seiten 52 und 54 ausgebildet wird.
Um das Geweicht der Bremsscheibe 10 zu reduzieren und den Belüftungseffekt zu erhöhen, sind eine Mehrzahl Öffnungen 60 in den in Radialrichtung inneren Teil 20 radial auswärts der Mehrzahl Befestigungslöcher 24 ausgebildet. In dieser Ausführungsform weist jede Öffnung 60 eine allgemein dreieckige Form mit abgerundeten Ecken auf, und der effektive Kreis schneidet den breitesten Teil jedes Dreiecks.
Zusätzlich definieren die Seitenflächen 52 und 54 von jedem der Mehrzahl Verbindungsarme, die innere Randfläche 42 des äußeren ringförmigen Teils 28 und die äußere Randfläche 43 des inneren ringförmigen Teils 20 definieren eine Mehrzahl relativ großer in Umfangsrichtung angeordneter Öffnungen 64. Wie die Öffnungen 60, weist jede Öffnung 64 eine allgemein dreieckige Form mit abgerundeten Ecken auf. Somit bildet die Seite 52 jedes Verbindungsarms 38 einen gekrümmten Teil 70 mit einem Krümmungsradius von z. B. 7 mm dort, wo sie mit dem äußeren ringförmigen Teil 28 zusammenläuft, und einen gekrümmten Teil 74 mit einem Krümmungsradius von z. B. 4,5 mm dort, wo sie mit dem inneren ringförmigen Teil 20 zusammenläuft. Die Seite 54 von jedem Verbindungsarm 38 bildet einen gekrümmten Teil 78 mit einem Krümmungsradius von z. B. 3,5 mm dort, wo sie mit dem äußeren ringförmigen Teil 28 zusammenläuft. Wegen der Orientierung des Verbindungsarms 38 bildet ein solcher gekrümmter Teil sich dort nicht, wo die Seite 54 mit dem inneren ringförmigen Teil 20 zusammenläuft. Stattdessen wird eine leichte Kurve 82 mit einem Krümmungsradius von z. B. 10 mm auf der Seite 54 in der Nähe der Zusammenführung mit dem inneren ringförmigen Teil 20 gebildet, um die Steifheit der Bremsscheibe 10 in der durch den Pfeil A angedeuteten Drehrichtung zu erhöhen.
Schließlich sind eine Mehrzahl Belüftungslöcher 84 entlang des gesamten Umfangs des äußeren ringförmigen Teils 28 ausgebildet, wobei die Mehrzahl Belüftungslöcher 84 eine Mehrzahl L-Formen bilden. Genauer bilden drei Belüftungslöcher 84 den vertikalen Teil der L-Form und zwei Belüftungslöcher bilden den horizontalen Teil der L-Form.

Claims

Einstückige Bremsscheibe (10) für ein Fahrzeug, umfassend: ein in in Radialrichtung inneren ringförmigen Teil (20), der eine Mehrzahl in Umfangsrichtung befindlicher Befestigungslöchern (24) aufweist, wobei ein Befestigungskreis (MC) durch einen Kreis bestimmt ist, der einen Mittelpunkt eines jeden Befestigungslochs (24) schneidet; einen in Radialrichtung äußeren ringförmigen Teil (28), der mit dem in Radialrichtung inneren ringförmigen Teil (20) konzentrisch ist und gegenüberliegende Bremsflächen (32, 34) aufweist; eine Mehrzahl Verbindungsarme (38), die sich von einer inneren Randfläche (42) des in Radialrichtung äußeren ringförmigen Teils (28) zur äußeren Randfläche (43) des in Radialrichtung inneren ringförmigen Teils (20) erstrecken, die inneren Randfläche (42) des in Radialrichtung äußeren ringförmigen Teils (28) definiert einen äußeren Armverbindungskreis (OAC), die äußeren Randfläche (43) des in Radialrichtung inneren ringförmigen Teils (20) definiert einen inneren Armverbindungskreis (IAC), für jeden der Mehrzahl von Verbindungsarmen (38) schneidet eine gerade gedachte Linie (P), die einen äußeren Mittelpunkt (OM) des Verbindungsarms (38) auf dem äußeren Armverbindungskreis (OAC) und einen inneren Mittelpunkt (IM) des Verbindungsarms (38) auf dem inneren Armverbindungskreis (IAC) verbindet, den Verbindungsarm (38) entlang der gesamten Länge des Verbindungsarms (38), und die gedachte gerade Linie (P) von jedem der Mehrzahl von Verbindungsarmen (38) ist tangential zu einem effektiven Kreis (EC), der zum Befestigungskreis (MC) konzentrisch ist, und der effektive Kreis (EC) weist einen Radius auf, der größer ist als der Radius des Befestigungskreises (MC) ist, wobei der in Radialrichtung innere ringförmige Teil (20) eine Mehrzahl erster Öffnungen (60) enthält, die in Radialrichtung außerhalb der Mehrzahl von Befestigungslöchern (24) angeordnet sind, wobei der effektive Kreis (EC) die Mehrzahl erster Öffnungen (60) schneidet, wobei die Seitenflächen (52, 54) eines jeden der Mehrzahl von Verbindungsarmen (38), die innere Randfläche (42) des in Radialrichtung äußeren ringförmigen Teils (28) und die äußere Randfläche (43) des in Radialrichtung inneren ringförmigen Teils (20) eine Mehrzahl in Umfangsrichtung angeordneter zweiter Öffnungen (64) definieren; wobei jeder der Mehrzahl von Verbindungsarmen (38) einen geraden Mittelteil (48) aufweist, und wobei der in Radialrichtung äußere ringförmige Teil (28) eine Mehrzahl in Umfangsrichtung angeordneter Belüftungslöcher (84) aufweist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl der Verbindungsarme (38) den gleichen Abstand voneinander aufweisen.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl der Belüftungslöcher (84) so angeordnet sind, dass sie eine Mehrzahl von L-Formen bilden.
Bremsscheibe nach Anspruch 3, wobei für jede L-Form wenigstens drei Belüftungslöcher den vertikalen Teil der L-Form bilden und wenigstens zwei Belüftungslöcher den horizontalen Teil der L-Form bilden.