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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bremse und Anordnung, die eine
Rückholfeder
mit Anlageschenkeln umfasst, die ein Drehmoment aufbringen, um die
Bremsbeläge
in einem nicht-bremsenden Zustand im Allgemeinen parallel zu der
Bremsscheibe zu halten.
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Stand der
Technik
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In
Scheibenbremsensystemen ist es üblich, Rückholfedern
zu verwenden, die die Bremsbeläge der
Scheibenbremse nach dem Bremsen in eine Ruheposition zurückführen. Diese
Federn gibt es in unterschiedlichen Formen, einschließlich V-förmigen Formen. Gewöhnlicherweise
greifen die Enden der Federn an den oberen Teilen der die Brems-
oder Reibbeläge
tragenden Trägerplatten
an. Die 1 zeigt eine Teilaufsicht 10 einer gewöhnlichen
Scheibenbremsenanordnung, bei der eine V-förmige Feder 1 zwischen
Trägerplatten 3 angeordnet
ist, die Reibbeläge 5 tragen.
Die V-förmige
Feder 1 übt
auf die Reibbeläge 5 eine
nach außen
gerichtete Kraft "F" aus, um die Reibbeläge 5 von
den entsprechenden äußeren Oberflächen 8 der
Bremsscheibe 7 fort zu zwingen, wodurch während des
nicht bremsenden Zustandes ein Widerstand, ein übermäßiger Verschleiß der Bremsbeschläge und ein übermäßiger Verschleiß der Bremsscheibe
verhindert wird.
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Die 2 zeigt
die Feder 1 in einem typischen Aufbau und zeigt eine von
zwei gegenüberliegenden
Laschen 9, die gewöhnlicherweise
verwendet werden, um die Trägerplatte
zu tragen. Die Laschen 9 sitzen (ride) in einer Ausnehmung 12 in
dem Befestigungselement 14. Anlageschenkel 11 an
den Enden jedes Federelementes 13 greifen in Öffnungen 15 in
den Trägerplatten 3 ein.
Wie in der 4 dargestellt ist, sind die Anlageschenkel 11 rechtwinklig
zu dem Federelement 13. Bei einer Positionierung in der Öffnung 15 der
Trägerplatte 3 (siehe
in der 3) ist der Anlageschenkel 11 im Allgemeinen
parallel zu den gegenüberliegenden
Seiten der Öffnung 15.
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Die 5 verdeutlicht
ein Problem, das durch die in den 1 bis 4 dargestellte
Rückholfeder
erzeugt wird. Die durch die Feder 13 auf die oberen Teile
der Trägerplatte 3 ausgeübten Kräfte erzeugen
ein Drehmoment, das die Beläge
um die Laschen 9 dreht, wenn sich das System in einem nicht-bremsenden
Zustand befindet. Die Platten 3 drehen sich daher um eine
in Längsrichtung
verlaufende Achse "M" der Platte (siehe
in der 2), die sich in einer tangentialen Richtung (bezüglich des Rotors
der Bremse) zwischen den Laschen 9 erstreckt. Dieses verursacht,
dass die Beläge 5 eine nicht-parallele
Ausrichtung bezüglich
der Bremsscheibe 7 annehmen, wodurch die Enden der Beläge oftmals
der Bremsscheibe 7 in den Bereichen 16 kontaktieren,
was zu einem ungleichen Verschleiß der Beläge und einem übermäßigen Widerstand
führt.
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Es
besteht folglich ein Bedarf nach einer Reduzierung oder Eliminierung
des ungleichen Verschleißes
und des Widerstandes, die aus dem in der 5 dargestellten
Aufbau resultieren, um die Lebensdauer der Bremsscheibe und der
Reibbeläge
zu verlängern.
Die Erfindung erfüllt
diesen Bedarf, in dem sie eine einzigartig konfigurierte Scheibenbremsbelag-Rückholfeder
schafft, die eine die Beläge
von der Bremsscheibe fortzwingende Kraft ausübt und ebenfalls eine Drehkraft
ausübt,
die die gewöhnlicherweise
durch die Kraft der Rückholfeder
verursachte Drehung um die Laschen der Trägerplatte verhindert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Scheibenbremsbelaganordnung zu schaffen, die eine Scheibenbremsbelag-Rückholfeder mit den in dem beigefügten Anspruch
1 offenbarten Merkmalen besitzt.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale sind in den untergeordneten Ansprüchen 2 bis
4 offenbart. Die Scheibenbremsenbelag-Rückholfeder zwingt in dem nicht
bremsenden Zustand nicht nur die Beläge von der Bremsscheibe fort,
sondern bewahrt außerdem eine
parallele Ausrichtung von Belägen
und Bremsscheibe.
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Die
vorliegende Erfindung schafft daher ein Verfahren, die Reibbeläge in einem
nicht-bremsenden Zustand in einer im allgemeinen parallelen Orientierung
bezüglich
einer Bremsscheibe zu bewahren, indem ein erstes Moment, das dem
durch die Rückholfeder
in die Trägerplatte
eingeleiteten Moment entgegen wirkt, eingeleitet wird.
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Andere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus deren
nachfolgender Beschreibung hervorgehen.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Rückholfeder
ein Paar von Federelementen, die zusammen eine V-förmige Gestalt
ausbilden. Jedes Federelement endet in einem Anlageschenkel, der
sich in einem Winkel zu dem entsprechenden Federschenkel erstreckt,
so dass die beiden Schenkel voneinander divergieren. Die Anlageschenkel
sind in Öffnungen
in den Trägerplatten
derart aufgenommen, dass das gewünschte
Drehmoment auf die Trägerplatte
ausgeübt
wird.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
liegen die beiden Anlageschenkel in einer quer zu der die Federelemente
enthaltenden Ebene verlaufenden Ebene. Die Anlageschenkel sind nicht
parallel, sondern divergieren in einem Winkel, wodurch die Federelemente
tordiert werden und das gewünschte
Moment bei einem Eingriff in die jeweilige Trägerplatte auf diese ausgeübt wird.
Die die Anlageenden enthaltende Ebene kann senkrecht zu der die
Federelemente enthaltenden Ebene sein oder nicht. Die Feder kann
des Weiteren symmetrisch sein asymmetrisch sein.
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Die
Rückholfeder
bildet außerdem
einen Teil einer Bremsbelaganordnung aus, die auf einem Paar von
Trägerplatten
befestigten Bremsbelägen
und eine Bremsscheibe beinhaltet. Jeder Anlageschenkel ist in einer
entsprechenden Öffnung
in einer Trägerplatte
der Anordnung angeordnet, so dass die Federbeine die Bremsbeläge in einem
nicht-bremsenden Zustand von der Bremsscheibe fort zwingen.
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Die
Rückholfeder übt ein Drehmoment
aus, um das Paar der Bremsbeläge,
die an ihren entsprechenden Trägerplatten
befestigt sind, in einem nicht-bremsenden Zustand im Allgemeinen
parallel zu der Bremsscheibe zu halten. Die Rückholfeder übt auf Grund ihrer Konfiguration
und bei einer Verwendung in der Bremsenanordnung eine nach außen gerichtete
Kraft auf einen oberen Bereich der Trägerplatten aus. Zur gleichen
Zeit und auf Grund der Verdrehung der Federelemente durch die winklige
Beziehung der Anlageschenkel leiten diese ein Moment in den oberen
Bereich der Trägerplatten
ein. Dieses Moment wirkt dem Moment entgegen, dass auf Grund der
Wirkung der Rückholkraft
an einem von der Achse der Tragelaschen entfernten Ort in die Laschen
der Trägerplatten
eingeleitet wurde.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Im
Folgenden wird auf die Zeichnungen der Erfindung Bezug genommen,
in denen:
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die 1 eine
Teilaufsicht auf eine Scheibenbremsenanordnung nach dem Stand der
Technik in einem Ruhezustand zeigt,
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die 2 eine
Teilseitenansicht auf die in der 1 dargestellte
Anordnung zeigt,
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die 3 eine
Schnittansicht entlang der Linie III-III der 2 zeigt,
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die 4 eine
Ansicht (open end view) der Rückholfeder
der 1 zeigt,
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die 5 eine
Ansicht der Anordnung der 1 zeigt,
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die 6 eine
Ansicht einer ersten Ausführungsform
der Rückholfeder
der Erfindung zeigt,
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die 7 eine
perspektivische Ansicht der Feder der 6 zeigt,
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die 8 eine
Teilschnittansicht der Feder der 7 zeigt,
die in einer Scheibenbremsenanordnung gehalten ist,
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die 9 eine
Ansicht der in der 8 dargestellten Bremsenanordnung
in einem nicht-bremsenden Zustand zeigt.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung bietet bedeutende Verbesserungen beim Betrieb
von Scheibenbremsenanordnung sowie der Lebensdauer von Komponenten
der Bremse wie Bremsbelägen
und Bremsscheiben. Anders als bei zahlreichen Scheibenbremsenanordnungen
nach dem Stand der Technik bewahrt die Verwendung der Scheibenbremsen-Rückholfeder
unserer Erfindung die Bremsbeläge
in einem Ruhezustand und in einem nicht-bremsenden Zustand in einer
im Allgemeinen parallelen Beziehung zu der Bremsscheibe. Ein ungewollter
Kontakt zwischen den Belägen
und den Bremsscheiben wird folglich während eines nicht-bremsenden
Zustandes eliminiert oder wenigstens drastisch reduziert.
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In
den 6 bis 9 ist eine Ausführungsform
der Rückholfeder
mittels der Bezugnummer 20 gekennzeichnet und beinhaltet
ein Paar von Federelementen 21, die mittels eines Verbindungsbereiches 23 miteinander
verbunden sind. Jedes Federelement endet in einem Anlageschenkel 25 mit
einem freien Ende 27. Jeder Anlageschenkel 25 ist
nach außen gebogen,
um – wie
in den 6 und 7 dargestellt ist – einen
Winkel α bezüglich einer
Linie zu bilden, die senkrecht zu der die beiden Federelemente 21 enthaltenden
Ebene ist, wobei der Winkel α in
einer die beiden Anlageschenkel enthaltenden Ebene gemessen wird.
Es ist zu beachten, dass die Anlageschenkel 11 in der Ausführungsform
der 3 nach dem Stand der Technik parallel sind, wohingegen
die der Erfindung divergieren. Jeder Schenkel 25 und sein
anliegendes Federelement 21 liegen in einer Ebene. Der
Schenkel 25 bildet in dieser Ebene einen Winkel β aus (siehe
in der 7), der größer als
90 ° sein
kann.
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Die
Orientierung der Anlageschenkel 25 kann bezüglich unterschiedlicher
Bezugslinien, wie den Achsen "y" und "z", die in der 7 dargestellt sind,
oder einer Komponente der Bremsenanordnung, wie der Oberfläche 8 der
Bremsscheibe oder einer Wandung in der Öffnung 15 in der Trägerplatte, definiert
sein. Der Winkel α ist
hier so definiert, dass er in der Ebene liegt, die beide Anlagenschenkel
enthält.
Dieses kann beispielsweise die Ebene sein, die durch eine "y"-Achse senkrecht zu der die Federelemente
enthaltenden Ebene und einer "z"-Achse, die sowohl
in der die Federelemente enthaltenden Ebene als auch in der die
Anlageschenkel enthaltenden Ebene liegt, gebildet sein. Der Winkel α wird in
der y-z-Ebene von der y-Achse aus gemessen. Die Richtungen der Anlageschenkel
schneiden sich in der y-z-Ebene. Die "y"-Achse erstreckt sich
in die Richtung der Halbierenden des Schnittwinkels. Falls die Feder
symmetrisch ausgebildet ist, entspricht der Winkel α daher der
Hälfte
des Schnittwinkels.
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Die 8 zeigt
eine Darstellung des in einer Öffnung 15 in
einer der Trägerplatten 3 aufgenommen
Anlageschenkels. Bevor sie in der Öffnung angeordnet werden, werden
die Enden der Anlagenschenkel in eine Richtung zueinander gedreht,
um den Winkel α zu
verringern, wodurch auf jedes der Federelemente ein Drehmoment ausgeübt wird.
Der Schenkel 25 nimmt daher einen Winkel α' an, wenn er in die Öffnung eingreift.
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Der
Winkel α' wird durch die Geometrie
der Öffnung
und des Anlageschenkels bestimmt. Falls der Durchmesser der Öffnung üblicherweise
2,4 mm, der Durchmesser des Felderelementes üblicherweise 1,7 mm und die
Länge des
Anlageschenkels 5,4 mm beträgt,
wird der Winkel α' ungefähr 7,4 betragen.
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Wie
in der Ausführungsform
nach dem Stand der Technik üben
die Federelemente 21 durch die Schenkel 25 eine
Kraft auf die Trägerplatten
aus, die die Trägerplatten 3 und
die daran befestigten Bremsbeläge 5 von
der Bremsscheibe 7 fortzwingt. Da diese Kraft in einem
Abstand von der Längsachse "M", die durch die Laschen der Trägerplatten
gebildet ist, ausgeübt
wird, erzeugt sie ein Moment um diese Achse, was darauf abzielt,
dass sich die Trägerplatte um
die Achse dreht. Die beschriebene Orientierung der Anlageschenkel 25 übt allerdings
eine Verdrehung auf die Federelemente aus, so dass diese eine gegengerichtete
Drehkraft oder ein entgegen gerichtetes Moment auf die Stützplatten
ausüben,
das der Drehung der Platten um die Achse "M",
die durch die Rückstellkraft
der Rückholfeder
verursacht wurde, entgegenwirkt.
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Die 9 zeigt
die Vorteile der Erfindung, wobei sich die Reibbeläge 5 und
die Platten 3 in einem Ruhezustand befinden und im Allgemeinen
parallel zu dem Bremsscheibe 7 sind. Die um den Winkel α nach außen gerichtete
Biegung der Schenkel 25 in dem Ruhezustand (d. h., dass
die freien Enden 27 relativ zueinander in dem Ruhezustand
divergieren, siehe in den 6 und 7)
verursacht, dass der Federschenkel sowohl als eine Feder agiert,
um die nach außen
gerichtete lineare Kraft "F" zu erzeugen, als
auch als eine Torsionsfeder entlang der Länge "L" wirkt,
um ein Moment "M" (siehe in der 9)
auf den oberen Bereich der Trägerplatte
auszuüben.
Die Abmessungen des Federschenkels 25 und der Öffnung 15 sind
derart ausgebildet, dass dieses Moment das Moment überwindet,
das aus der Aufbringung der Rückholfederkraft
an der Oberseite des Belages einerseits, und dem Reibwiderstand
bei einem Gleiten der Laschen andererseits resultiert. Das durch
die Schenkel 25 ausgeübte
Drehmoment zwingt daher die Unterseite des Belages dazu, von dem
Bremsscheibe 7 fort zu gleiten und schafft zwischen der Bremsscheibe 7 und
den Belägen
in der in der 9 dargestellten parallelen Orientierung
einen Abstand.
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Bei
einer Ausführungsform
für ein
gewöhnlicherweise
verwendetes Federmaterial beträgt
der Winkel α ungefähr 15 °, so dass
jedes der Federelemente einer Torsionsvorlast von ungefähr 8 ° ausgesetzt
ist, um so das gewünschte
Moment von ungefähr
1,7 Inch × Ibs.
auf jeden der Bremsbeläge
auszuüben.
Dieses ist allerdings nur ein Beispiel und hängt von solchen Faktoren wie
dem Elastizitätsmodul,
der Federkonstante des Materials und dem Durchmesser der Feder ab.
Im Allgemeinen kann der erforderliche Winkelversatz α berechnet
werden, sobald die Größe des gewünschten
Momentes festgelegt ist und das Federmaterial bekannt ist. Abhängig von
den jeweiligen Materialien und Abmessungen, kann der gewünschte Winkel
in dem Bereich von 10 ° bis
30 ° liegen.
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Während eine
V-förmige
Feder mit einer einfachen V-förmigen
Gestalt über
den Verbindungsbereich 23 dargestellt wurde, könnten für die Federelemente 21 andere
Formen verwendet werden, wie beispielsweise eine doppelt-V-förmige Gestalt,
wie sie in der JP-56-21633 offenbart ist, oder andere gebogene Formen,
die innerhalb des Standes der Technik wären. Die Feder 20 kann
zusätzlich
aus einem beliebigen herkömmlichen
Federmaterial bestehen. Sie kann des Weiteren einen kreisförmigen Querschnitt oder
jede beliebige andere Querschnittsform besitzen, was innerhalb des
Standes der Technik liegen würde.
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Die
Verbindung zwischen der Feder und der Trägerplatte kann ebenfalls variieren
und ist nicht auf den dargestellten bevorzugten Eingriff beschränkt. Der
Anlageschenkel kann beispielsweise anders konfiguriert sein und
die Trägerplatte
könnte
einen Vorsprung beinhalten, der in einer Ausnehmung in der Feder
aufgenommen ist, oder die Feder könnte mittels anderer Verbindungsmittel
wie einer Gewindeschraube oder dergleichen an der Trägerplatte
befestigt sein.
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Die
Erfindung wurde bezüglich
ihrer bevorzugten Ausführungsformen
offenbart, die sämtlichst die
Aufgaben der vorliegenden Erfindung – wie zuvor dargestellt – erfüllen und
eine neue und verbesserte Scheibenbremsen-Rückholfeder sowie eine Scheibenbremsenanordnung
schaffen, die die Feder verwendet.
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Von
dem Lehren der vorliegenden Erfindung können selbstverständlich verschiedene
Abänderungen,
Modifikationen und Abweichungen durch Fachleute vorgesehen werden,
ohne den beabsichtigten Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen,
wie er an Hand der angefügten
Ansprüche
definiert ist.