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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Scheibenbremssattel zum Einsatz
in Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise PKW, und insbesondere einen
Typ, der ein einteiliger Sattel mit gegenläufigen Kolben ist.
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Eine
typische herkömmliche
Gegenkolben-Scheibenbremse hat einen Sattel 50, der einen inneren
und einen äußeren Abschnitt 51 und 52 umfasst,
wie dies in 8 und 9 dargestellt
ist. Der innere und der äußere Abschnitt 51, 52 sind
durch Schrauben aneinander befestigt, wobei ihre planen Flächen 53 in
engem Kontakt miteinander sind. Der innere und der äußere Abschnitt 51, 52 sind
jeweils mit einem Paar Zylinder 55 mit geschlossenem Boden
versehen. Ein Kolben 59 ist in jedem Zylinder 55 aufgenommen,
wobei der Zwischenraum zwischen dem Kolben und dem Zylinder durch
eine Kolbendichtung 58 flüssigkeitsundurchlässig abgedichtet
ist. Der Bremssattel ist mit einer Nut 61 versehen, in
der ein Scheibenrotor so aufgenommen ist, dass sich der Rotor so
dreht, dass ein vorgegebener Abstand zwischen seinem Außenumfang
und der Innenwand des Bremssattels verbleibt.
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Bremsbeläge 60 sind
zwischen dem Scheibenrotor und den Kolben 59 an beiden
Seiten vorhanden und hängen
an Belagstiften 66, die durch Stiftlöcher 65 eingeführt sind,
die in den Belägen
ausgebildet und an dem Bremssattel 50 befestigt sind. Wenn
Fluiddruck von einer externen Fluidzuführquelle ausgeübt wird,
werden die Kolben 59 auf beiden Seiten aufeinander zubewegt,
um die Beläge 60 an den
Rotor zu pressen und so Bremskraft auf das Rad auszuüben. Der
Sattel 50 ist mit Drehmoment-Aufnahmeflächen 62 an beiden
Enden der Beläge 60 versehen,
die Bremsmoment aufnehmen.
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Bei
diesem Typ Bremssattel ist es, da der innere und der äußere Abschnitt
durch die Schrauben 54 fest miteinander verbunden sind,
weniger wahrscheinlich, dass sich ein Abschnitt in der Nähe der Nut 61 biegt,
wenn die Bremsbeläge
zum Bremsen an den Scheibenrotor gepresst werden. Die Schrauben 54 führen jedoch
zwangsläufig
zu einer Vergrößerung der
Dicke des Brückenabschnitts 110 des Bremssattels.
Dadurch wiederum wird der Radius R1 (9) des Scheibenrotors
und folglich der effektive Bremsradius R2 verringert, bei dem es
sich um den Radius des Kreises handelt, der durch die Mitten der Kolben 59 verläuft.
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Eine
Möglichkeit,
den effektiven Bremsradius R2 zu vergrößern, ohne den Rad-Innenradius
R0 zu vergrößern, besteht
darin, den Bremssattel als einteiliges Element auszubilden und somit
auf die Schrauben 54 zu verzichten. Wenn jedoch die Dicke des
Brückenabschnitts
eines derartigen einteiligen Bremssattels verringert wird, um die
effektive Bremsdicke R2 zu vergrößern, neigt
der Außenabschnitt des
Bremssattels dazu, sich aufgrund von Spannungskonzentration an der
inneren Ecke des äußeren Abschnitts
des Bremssattels nach außen
zu biegen, und zwar insbesondere, wenn der Bremssattel, um das Gewicht
zu verringern, aus einer Aluminiumlegierung besteht.
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Eine
mögliche
Lösung
dieses Problems bestünde
darin, verstärkende
Rippen 118 vorzusehen, wie sie bei einer Scheibenbremse
mit schwebendem Bremssattel eingesetzt werden, die in 10 dargestellt
ist. Die Rippen 118 sind so ausgebildet, dass sie sich über die
innere Ecke X der äußeren Klaue 114 erstrecken.
Jedoch wäre
es nicht möglich,
derartige Rippen bei einem einteiligen Gegenkolben-Bremssattel einzusetzen,
da bei diesem Typ Bremssattel die inneren Ecken des Bremssattels
viel näher
an dem Scheibenrotor liegen als bei dem schwebenden Bremssattel,
da der Bremssattel mit gegenläufigen Kolben
Momentaufnahmeabschnitte 62 braucht (8).
Daher würden
diese Rippen, wenn sie an der inneren Ecke des äußeren Abschnitts des Bremssattels
vorhanden wären,
den Rotor behindern.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Gegenkolben-Scheibenbremssattel
zu schaffen, der ein einteiliger Bremssattel und mit einer Einrichtung
versehen ist, die verhindert, dass sich der äußere Abschnitt des Bremssattels
beim Bremsen nach außen
biegt.
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US-A-4,494,630
offenbart einen einteiligen schwebenden Bremssattel mit gegenläufigen Kolben.
GB 818077 A offenbart
einen einteiligen festen Bremssattel gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein einteiliger Scheibenbremssattel geschaffen, der
einen inneren Abschnitt, der mit einem ersten Zylinder versehen
ist und in Funktion an einem stationären Teil eines Fahrzeugs befestigt
werden kann, einen äußeren Abschnitt,
der mit einem zweiten Zylinder versehen ist, einen Brückenabschnitt,
der den inneren und den äußeren Abschnitt
verbindet, wobei der Brückenabschnitt
an seiner radial innenliegenden Fläche eine bogenförmige Nut
mit einem Querschnitt hat, der eine äußere Ecke an den äußeren Abschnitt angrenzend
und eine innere Ecke an den inneren Abschnitt angrenzend bildet,
und jeweils einen Kolben umfasst, der in dem ersten und dem zweiten
Zylinder aufgenommen ist, wobei die Nut in Funktion einen radial
außenliegenden
Randabschnitt eines Scheibenrotors aufnimmt, der an einem Rad des
Fahrzeugs angebracht und in Funktion zwischen den Kolben angeordnet
ist, und der Sattel in Funktion an einer vorgegebenen Umfangsposition
Bremsbeläge
aufnimmt, die in Funktion zwischen dem Scheibenrotor und den Kolben
so angeordnet sind, dass sie auf den Scheibenrotor zu und von ihm
weg bewegt werden können,
wobei der innere, der äußere und
der Brückenabschnitt
in Funktion relativ zu dem Scheibenrotor axial nicht bewegt werden
können
und der Brückenabschnitt
Brückenteile
umfasst, die in Umfangsrichtung an der Position der Bremsbeläge gegenüberliegenden
Seiten beabstandet sind, und die Nut in den Brückenteilen vorhanden ist, dadurch
gekennzeichnet, dass die Nut mit einer Vertiefung versehen ist,
die einen bogenförmigen
Querschnitt mit einem vorgegebenen Krümmungsradius hat, wobei die
Vertiefung an der äußeren Ecke
der Nut so vorhanden ist, dass sie sich in einer Richtung erstreckt,
in der die Kolben bewegt werden, um so nicht über Innenflächen der Brückenabschnitte hinaus radial
nach innen vorzustehen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine als Schnitt ausgeführte
Draufsicht auf eine Gegenkolben-Scheibenbremse mit einem einteiligen
Bremssattel, der die Erfindung verkörpert;
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2 ist
eine als Schnitt ausgeführte
Seitenansicht entlang einer horizontalen Mittellinie (nicht dargestellt)
in 1;
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3A ist
eine vertikale Schnittansicht der Scheibenbremse in 1,
die an einem bereiften Rad angebracht ist;
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3B ist
eine vergrößerte Schnittansicht von
Abschnitt Y in 3A;
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4A ist
eine als Schnitt ausgeführte
Seitenansicht, die zeigt, wo Dehnungsmessstreifen angebracht wurden;
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4B ist
eine Schnittansicht entlang der Linie Z-Z in 4A;
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5 ist
eine Schnittansicht, die zeigt, wie Bremssattel-Testteile an einer
Testvorrichtung zum Messen erzeugter Spannungen angebracht wurden;
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6 ist
ein Diagramm, in dem Spannungen für das Testteil gemäß der Erfindung
grafisch dargestellt sind;
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7 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der erzeugten Spannung
und dem Verhältnis
des Krümmungsradius
R der Vertiefung zur Dicke T des Brückenabschnitts darstellt;
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8 ist
eine als Schnitt ausgeführte
Draufsicht auf eine herkömmliche
Gegenkolben-Scheibenbremse mit einem Bremssattel, der separate Teile umfasst,
die durch Schrauben miteinander verbunden sind;
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9 ist
eine Seitenansicht desselben;
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10 ist
eine Schnittansicht, die zeigt, wie eine herkömmliche schwebende Scheibenbremse
an einem bereiften Rad angebracht ist;
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11 ist
eine vergrößerte Schnittansicht, die
zeigt, wie eine Rippe an dem Bremssattel in 10 ausgebildet
ist; und
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12 ist
eine Perspektivansicht eines Bremsbelages der herkömmlichen
Scheibenbremse.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
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Die
Scheibenbremse gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
einen einteiligen Bremssattel 1, der einen inneren Abschnitt,
einen äußeren Abschnitt
und einen Brückenabschnitt 18 umfasst,
der den inneren und den äußeren Abschnitt
miteinander verbindet. Der innere Abschnitt des Bremssattels hat zwei
Schenkel 1a (2), die an einem Flansch eines
Achsgehäuses
als nicht drehender Abschnitt des Fahrzeugs mit Schrauben 104 befestigt
sind, wie dies in 3A dargestellt ist. Der Bremssattel
weist eine Nut 14 auf, in der Scheibenrotor 19 so
aufgenommen ist, dass sich der Rotor, der einen Radius R3 hat, so dreht,
dass ein vorgegebener Zwischenraum zwischen seinem Außenumfang
und der Innenwand des Brückenabschnitts 18 verbleibt.
Der Scheibenrotor 19 ist an einem Nabenflansch 106,
der integral mit der nicht dargestellten Radachse verbunden ist,
zusammen mit einem Rad 108, das einen Reifen 107 trägt, mit
Schrauben 109 befestigt.
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Der
innere und der äußere Abschnitt
des Bremssattels 1 sind mit Zylindern 3 bzw. 2 versehen (1).
Die Zylinder sind Durchgangslöcher,
deren hintere Enden mit Gewindestopfen 4 verschlossen sind,
die Sechseckvertiefungen aufweisen, wobei O-Ringe 5 dazwischen
angeordnet sind. Die Zylinder 2 sind Sacklöcher, die
mit einem Werkzeug ausgebildet werden, das durch die Zylinder 3 eingeführt wird, bevor
sie mit den Stopfen 4 verschlossen werden. An ihren hinteren
Enden sind die Zylinder 2 durch einen Kanal 7 miteinander
verbunden, der ausgebildet wird, wenn der Bremssattel durch Gießen hergestellt wird.
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Schräge Kanäle 6a und 6b erstrecken
von den Rückseiten
der jeweiligen Zylinder 2 zu Öffnungen an beiden Enden des
Bremssattels. Schräge
Kanäle 8a und 8b erstrecken
von den Rückseiten
der jeweiligen Zylinder 3 zu Zwischenabschnitten der Durchlasse 6a bzw. 6b,
um die Zylinder 3 mit den Zylindern 2 zu verbinden.
Die Kanäle 8a und 8b werden mit
einem Bohrer ausgebildet, der in die jeweiligen Zylinder 3 eingeführt wird,
bevor sie mit den Stopfen 4 verschlossen werden. Eine der Öffnungen
wird mit einem Stopfen 9 verschlossen, und die andere Öffnung 10 ist
mit einer nicht dargestellten externen Fluiddruckquelle verbunden,
um den Kolben 12, die in den jeweiligen Zylindern 2, 3 aufge nommen
sind, über
die Kanäle 6a, 6b, 8a, 8b und 7 Fluiddruck
zuzuführen.
Kolbendichtungen 11 dichten den Fluiddruck ab.
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Bremsbeläge 13a und 13b sind
zwischen dem Scheibenrotor und den Kolben an beiden Seiten angeordnet
und hängen
an Belag-Stiften 17, die durch Stiftlöcher 16 eingeführt werden,
die in den Bremsbelägen
ausgebildet (2) und an dem Bremssattel befestigt
sind. Wenn Fluiddruck von der Fluidzuführquelle ausgeübt wird,
werden die Kolben an beiden Seiten aufeinander zubewegt, um die Bremsbeläge 13a, 13b an
den Rotor zu pressen und so Bremskraft auf den Scheibenrotor auszuüben. Der Bremssattel
ist mit Momentaufnahmeflächen 15 an beiden
Enden der Bremsbeläge
versehen, um das Bremsmoment aufzunehmen.
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Bei
dieser Anordnung sind, da der Bremssattel ein einteiliges Element
ist, keine Brückenschrauben 54 erforderlich,
wie sie in 8 dargestellt sind. So ist es,
im Unterschied zu dem geteilten Bremssattel, der in 8 und 9 dargestellt
ist, möglich,
einen Scheibenrotor mit einem größeren Radius
als der Scheibenrotor in 9 (R3 > R1) einzusetzen, während der Radinnenradius R0
der gleiche ist. Dadurch vergrößert sich
der effektive Bremsradius (R4 > R2),
so dass die Bremskraft innerhalb eines begrenzten Radabstandes zunimmt.
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Verglichen
mit dem Radabstand an einem Teil 1b des Innenabschnitts
nahe an dem Scheibenrotor ist der Radabstand an einem Teil 1c des äußeren Abschnitts
nahe an dem Scheibenrotor außerordentlich
gering. Aufgrund der Notwendigkeit, die Dicke des Brückenabschnitts 18 zu
verringern, um einen erforderlichen Radabstand zu gewährleisten,
ist die Steifigkeit des Brückenabschnitts 18 an
Teil 1c häufig
am geringsten.
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Eine
Vertiefung 1d mit einem bogenförmigen Querschnitt, die einen
vorgegebenen Krümmungsradius
R hat, ist in der Nut 14 in der Innenfläche des äußeren Abschnitts des Bremssattels 1 entlang
der äußeren Ecke
zwischen dem äußeren Abschnitt
und dem Brückenabschnitt 18 des
Bremssattels so ausgebildet, dass sie sich in einer Richtung erstreckt,
in der sich der Kolben bewegt, und nicht radial nach innen über die
Innenfläche
des Brückenabschnitts 18 hinaus
vorsteht.
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Die
Vertiefung 1d sollte vorzugsweise unbearbeitet durch Gießen ausgebildet
werden, da spanende Bearbeitung Werkzeugspuren an der Oberfläche ausbilden
würde.
Die Vertiefung 1d verhindert Spannungskonzentration an
der inneren Ecke zwischen dem äußeren Abschnitt
und dem Brückenabschnitt 18 des
Bremssattels. Dadurch wird es möglich,
den Bremssattel aus einem Aluminiumlegierungs-Gusskörper statt
aus Stahlguss herzustellen und damit das Gewicht des Bremssattels
zu verringern.
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Um
den optimalen Bereich des Krümmungsradius
R der Vertiefung 1d relativ zu der minimalen Dicke D des
Brückenabschnitts 18 zu
bestimmen, wurde Spannung, die in der Nähe der Vertiefung 1d (an
Abschnitt Y in 3a) erzeugt wurde, wenn Fluiddruck
ausgeübt
wurde, für
Bremssattel mit einem R-Wert von 8 mm und einem auf 20 mm festgelegten Wert
T auf folgende Weise gemessen. Dehnungsmessstreifens wurden an die
Innenfläche
des Brückenabschnitts 18 in
gleichen Abständen
angeklebt, wie dies in 4 dargestellt
ist, der Bremssattel 1 wurde an einem Flansch 31 eines
Prüfstandes 30 mit Schrauben 32 befestigt,
die in 5 dargestellt sind, wobei Kolben 12 in
den Zylindern 2, 3 aufgenommen waren und ein simulierter
Scheibenrotor 20 sowie Bremsbeläge 13a, 13b zwischen
den Kolben eingeschlossen waren und Fluiddruck von einer externen Fluiddruckquelle
auf die Rückseiten
der Kolben ausgeübt
wurde. In diesem Zustand wurde die entstehende Spannung mit den
Dehnungsmessstreifen a bis f gemessen. Abmessungen der geprüften Bremssattel
und anderer Teile, die in dem Test eingesetzt wurden, sind in 4 und 5 dargestellt.
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Die
geprüften
Bremssattel bestanden aus einer Aluminiumlegierung zum Gießen, die
als Typ 4 CH bekannt ist, in JIS H 2211 definiert ist und 6,5–7,5 Gew.-%
Si, 0,20 Gew.-% oder weniger Ti, 0,15 Gew.-% oder weniger Fe und
Cu, Mg, Ni usw. umfasst, wobei der Rest Al ist.
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6 zeigt
die Beziehung zwischen dem Mittelwert der Spannungen, die mit den
Messstreifen gemessen wurden und dem Eingangs-Fluiddruck für den Bremssattel,
der eine Vertiefung 1d mit einem Krümmungsradius R von 8 mm hat
(was bedeutet, dass das Verhältnis
R/T größer ist
als 0,4). Bis zu dem Eingangsdruck von 140 kgf/cm2 nimmt,
wie in 6 dargestellt, die Spannung im Wesentlichen linear
zu, und die Spannung beim Eingangsdruck von 140 kgf/cm2 beträgt nach
wie vor lediglich 21, 7 kgf/mm2, wobei dies
innerhalb von 80% der maximal zulässigen Spannung für Material
vom Typ 4 CH liegt.
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Dann
wurde die Spannung in der Nähe
des Abschnitts Y mit verschiedenen R-Werten und der auf 20 mm festgelegten
Dicke des Brückenabschnitts T
auf die gleiche Weise wie oben beschrieben gemessen.
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7 zeigt
die Beziehung zwischen dem Mittelwert der Spannungen, die mit den
Dehnungsmessstreifen gemessen wurden, und dem Verhältnis R/T,
wenn der Eingangs-Fluiddruck
140 kgf/cm2 betrug. Das Diagramm zeigt deutlich,
dass die Spannung stark zunimmt, wenn das Verhältnis R/T unter 0,4 fällt. Dies
zeigt, dass, um Biegung des Brückenabschnitts 18 in
der Nähe
seiner Nut 14 zu verhindern, das Verhältnis R/T bei 0,4 oder darüber liegen sollte.
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Beim
Vorhandensein einer derartigen Vertiefung ist es möglich, jegliche
Biegung des Brückenabschnitts
an einem Abschnitt in der Nähe
der Rotor-Nut bei einem großen
Bremsradius zu verhindern. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn
ein Aluminium-Gusskörper
statt Stahlguss eingesetzt wird, um das Gewicht des Bremssattels
zu verringern.