DE69724455T2

DE69724455T2 - Scheibenbremsaufbau

Info

Publication number: DE69724455T2
Application number: DE69724455T
Authority: DE
Inventors: Yvon Rancourt
Original assignee: Rancourt Yvon Blainville
Current assignee: Group Newtech International Inc Blainville Queb
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1997-12-30
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2017-12-31
Also published as: US6328137B1; KR100506556B1; EP0950152A1; EP1350979A3; JP2001509236A; CN1245549A; EP1350979A2; ES2206764T3; ATE248301T1; AU5474698A; EP0950152B1; BR9714120A; DE69724455D1; KR20000069838A; WO1998029671A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Scheibenbremsen und insbesondere auf Verbesserungen in Großflächenkontakt-Scheibenbremsen für Kraftfahrzeuge.
Die Scheibenbremse der vorliegenden Erfindung ist eine Scheibenbremse vom Typus, der in US 5,330,034 (erteilt am 19. Juli 1994) und US RE 35055 (erteilt am 10. Oktober 1995) beschrieben ist und sich auf voll-ringförmige Scheibenbremsen für größere Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Lastwagen, bezieht. Das Konzept der voll-ringförmigen Scheibenbremse wird nunmehr für Automobile und leichte Lastwagen vorgeschlagen und die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Struktur einer voll-ringförmigen Scheibenbremse für solche Kraftfahrzeuge.
Es gibt offensichtliche Vorteile, eine vollständig ringförmige Anordnung von Reibungsblöcke, die mit einer ringförmigen Scheibe auf beiden Seiten der Scheibe in Berührung kommen. Die Bremswirkung oder die Verteilung der thermischen Energie hat einen direkten Bezug mit dem beiden Seiten der Grenzfläche, an der die Wärme erzeugt wird, zugeordneten, thermischen Widerstand. In einer voll-ringförmigen Bremse steht eine große Fläche zur Verfügung, um die Bremsenergie effizienter zu verteilen.
Es wurde auch herausgefunden, dass Schwingungen zwischen den inneren und äußeren Bremsblöcken die Hauptursache für das Quietschen von Bremsen sind.
Die Analyse der Schwingungsantwort ist von erheblicher Bedeutung im Entwurf von Bremsen, die dynamischen Störungen unterworfen werden können. In bestimmten Situationen können Schwingungen große Verschiebungen und ernsthafte Beanspruchungen in der Bremse verursachen. Die Geschwindigkeit eines schwingenden Systems ist im allgemeinen proportional mit seiner Frequenz und folglich wächst eine viskose Dämpfungskraft mit der Schwingungsfrequenz. Kräfte, die einer Bewegung entgegen wirken, entstehen auch aufgrund trockener Reibung entlang einer nicht-geschmierten Oberfläche. Es wird allgemein angenommen, dass dies eine Kraft mit konstanter Stärke ist, jedoch entgegengesetzt der Richtung der Bewegung gerichtet ist. Zusätzlich zu den Kräften des Luftwiderstands und externer Reibung entstehen Dämpfungskräfte auch durch unvollständige Elastizität oder interne Reibung, sogenannte Hysterese-Dämpfung, innerhalb des Körpers. Die Stärke einer solchen Kraft ist unabhängig von der Frequenz, aber proportional zu der Amplitude der Schwingung oder zu der Verschiebung.
In einem Bremssystem erzeugt dynamische Belastung Spannungen und Verdehnungen, deren Größe und Verteilung nicht nur von den gewöhnlichen, vorherstehend angesprochenen Parametern abhängt, sondern auch von der Geschwindigkeit der Ausbreitung der Verdehnungswellen durch das Material, aus dem das System aufgebaut ist. Obwohl sie sehr wichtig ist, kann diese letzte Betrachtung, wenn Belastungen mit hohen Geschwindigkeiten angewendet werden, häufig vernachlässigt werden, wenn die Anwendungsgeschwindigkeit der Belastung niedrig ist. Weil dynamische Belastung zweckdienlicherweise als die Übertragung von Energie von einem System zu einem anderen angesehen wird, ist das Konzept der Strukturanordnung (Verdehnungsenergie) als ein Indikator für die Beständigkeit bezüglich Versagen wichtig. Eines der wichtigen Konzepte ist, dass das energieabsorbierende Vermögen eines Elements, d.h. die Beständigkeit vor Versagen, eine Funktion des Volumens des verfügbaren Materials ist, im Gegensatz zur Beständigkeit vor Versagen unter statischer Belastung, die eine Funktion der Querschnittsfläche oder des Flächenträgheitsmoduls ist.
Eines der Hauptprobleme beim Anpassen der Technologie eines voll-ringförmigen Bremssystems auf den in den oben genannten Patentschriften beschriebenen Typus ist die Betrachtung des Gewichts und der Kosten. Es wäre unrealistisch anzunehmen, was auch immer die Vorteile sein mögen, dass ein neues voll-ringförmiges Bremssystem zu einem Preis, der wesentlich höher ist als der heutiger Bremsscheiben auf dem Markt akzeptiert werden würde. Weiterhin beeinträchtigt jede Gewichtserhöhung den Kraftstoffverbrauch.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bremssystem bereitzustellen, insbesondere für Automobile, das verbesserte Wärmeverteilungseigenschaften aufweist und das das Auftreten von Verschleiß verringert.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bremssystem bereitzustellen, das Bremsenquietschen bei niedrigen Frequenzen verringert.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein ringförmiges Scheibenbremssystem bereitzustellen, bei dem die maximale Bremsleistung erzielt wird.
Ein Aufbau entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst eine Scheibenbremsvorrichtung für ein Fahrzeug-Rad, wobei das Rad eine mit einer Radachse an dem Fahrzeug verbundene Nabe umfasst, wobei die Scheibenbremsvorrichtung umfasst: ein an dem Fahrzeug montiertes Gehäuse und innerhalb des Gehäuses mindestens eine ringförmige Rotorscheibe und Mittel zum Montieren der Scheibe an das Rad. Die Rotorscheibe weist mindestens eine erste radiale, ebene Reibungsoberfläche auf und das Gehäuse umfasst einen ersten ringförmigen Bremsschuh, der neben der ersten Reibungsoberfläche der Scheibe angeordnet ist und der auf die erste Reibungsoberfläche hin und davon zurück beweglich ist. Mindestens ein erstes Mittel zum Verhindern des Mitdrehens des ersten Bremsschuhs mit der Scheibe ist vorgesehen. Das Gehäuse umfasst weiterhin eine ringförmige, radiale Wand parallel zum ersten Bremsschuh und einen ringförmigen, durch Flüssigkeit ausdehnbaren Balg, der sich zwischen dem ersten ringförmigen Bremsschuh und der radialen Wand erstreckt, wobei sich der Bremsschuh beim Ausdehnen des Balgs axial bewegt und mit der ersten Reibungsoberfläche der Scheibe reibend ineinander greift.
Erfindungsgemäß umfasst die Scheibenbremsvorrichtung weiterhin mindestens ein erstes elastisch verformbares Mittel zum Entkuppeln des ersten Bremsschuhs vom Reibungskontakt mit der ersten Reibungsoberfläche der Rotorscheibe beim Herauslassen der Flüssigkeit aus dem Balg, wobei in dem ersten elastisch verformbaren Mittel durch Verformung des besagten ersten elastisch verformbaren Mittels gespeicherte Energie verwendet wird.
In einer spezifischeren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die radiale Scheibe angeordnet mit einer zweiten ringförmigen Reibungsoberfläche parallel zu der ersten und auf einer gegenüberliegenden Seite der Rotorscheibe, wobei die erste und zweite Reibungsscheibe verschiedene Radien aufweisen, und mit einem zweiten ringförmigen Bremsschuh neben der zweiten ringförmigen Reibungsscheibe, wodurch das Bremsenquietschen verringert wird.
In einer noch spezifischeren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Mittel zum Zurückhalten des ersten Bremsschuhs eine Bremsschuh-Stützplatte, die einen ringförmigen Umkreis aufweist, und das Gehäuse umfasst eine radial an den Umkreis des ersten Bremsschuhs angrenzende, interne Oberfläche, während die interne Oberfläche der konzentrischen Wand und der Umkreis des ersten Bremsschuhs ineinander passende inter-digitale Elemente aufweisen, die eine axiale Bewegung des ersten Bremsschuhs relativ zu der konzentrischen Wand ermöglichen, jedoch eine Bewegung in Umkreisrichtung des ersten Bremsschuhs relativ zu der konzentrischen Wand des Gehäuses verhindern.
In einer noch spezifischeren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Mittel zum Entkuppeln des ersten Bremsschuhs von der ersten Reibungsoberfläche der Rotorscheibe mindestens eine Rolldichtung, die zwischen axial erzeugten benachbarten Oberflächen der ringförmigen radialen Wand des Gehäuses und des ersten Bremsschuhs angeordnet ist.
Die Eigenschaften der vorliegenden Erfindungen können ebenso gut für große Lastwagen benutzt werden.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben, von denen:
1 ist eine fragmentarische perspektivische Explosionsansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bremsschuhs;
2 ist ein fragmentarischer, radialer Querschnitt durch die zusammengebaute Scheibenbremse;
3 ist ein radialer Querschnitt ähnlich wie in 2, der jedoch weitere Elemente umfasst;
4a und 4b sind vergrößerte fragmentarische Querschnitte entlang des gleichen Schnitts wie in 3, jedoch sind die Elemente in einer anderen Betriebsposition gezeigt;
5 ist ein fragmentarischer, radialer Querschnitt ähnlich wie 3, der jedoch eine andere Ausführungsform zeigt;
6 ist eine fragmentarische perspektivische Ansicht, teilweise im Querschnitt, einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform;
7a und 7b sind vergrößerte, fragmentarische, radiale Querschnitte der Ausführungsform der 6, die bestimmte Elemente in anderen Betriebspositionen zeigen;
8 ist eine fragmentarische, perspektivische Ansicht, teilweise im Querschnitt, der in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsform;
9 ist eine fragmentarische, perspektivische Explosionsansicht einer weiteren mit der vorliegenden Erfindung zusammenpassenden Verbesserung; und
10 ist ein fragmentarischer, vergrößerter, radialer Querschnitt der in 9 gezeigten Ausführungsform.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen und insbesondere auf die 1 bis 4, ist eine Scheibenbremsvorrichtung 10 für ein Automobil veranschaulicht, die ein Gehäuse in der Form einer Schale 12 aufweist. Das Gehäuse hat eine zylindrische Wand 14 mit einer gewellten inneren Oberfläche 16, die Täler 16a und Rippen 16b aufweist. Das Gehäuse 12 umfasst eine radiale ringförmige Wand 18, die mit einem ringförmigen Bremsklotzbelag 20 versehen ist. Die Rippen 16b sind relativ flach und stellen Täler auf der äußeren Oberfläche 17 dar, während Rippen 17a den Tälern 16a entsprechen.
Die zylindrische Wand 14 umfasst auch einen radialen Flansch 15.
Das Gehäuse 12 umfasst weiterhin eine ringförmige radiale Wand 22, an die ein ringförmiger, zylindrischer, gewellter Rand 24 montiert ist, der angepasst ist, dass er innerhalb der gewellten inneren Oberfläche 16 der Wand 14 hineinpasst und der darin durch den Flansch 15 gehalten wird. Die Rippen 24a des gewellten Rands 24 passen in die Täler 16a der Oberfläche 16, während die Täler 24b den Rippen 16b der Gehäusewand 14 entsprechen. Dadurch ist das Gehäuse 12 gegenüber Bewegungen in Umkreisrichtung relativ zu der radialen Wand 22 verriegelt. Die radiale Wand 22 weist ein Nabenteil 26 auf, das mit einem Flansch einer (nicht gezeigten) Achse des Fahrzeugs verbolzt werden kann. Die radiale Wand 22 umfasst auch einen ringförmigen, radialen, ebenen Wandbereich 28 und einen zylindrischen Flansch 30, wie in 2 gezeigt.
Eine verzahnte Sperre 70 ist in der Gehäusewand 14 bereitgestellt, um das Gehäuse 12 gegen axiale Bewegung relativ zu der radialen Wand 22 zu verriegeln. Die Sperre 70 ragt einwärts und greift mit Saum des Rands 24 ineinander.
Eine ringförmige Rotorscheibe 32 umfasst radiale, ebene Reibungsoberflächen 34 und 36 und einen zylindrischen ringförmigen Rand 38, der eine innere, wellenförmige, konzentrische Oberfläche 40 mit Rippen 40a und Tälern 40b aufweist. Ein Nabenadapter 42 umfasst einen radialen Wandbereich 44, der dazu angepasst ist, um an einem Fahrzeug-Rad (nicht in der Ausführungsform der 8 gezeigt) montiert zu werden, und eine zylindrische, gewellte Wand 46. Die Wand 46 weist Rippen 46a und Täler 46b auf, die dazu angepasst sind, um innerhalb der inneren Oberfläche 40 des Rands 38 der Rotorscheibe 32 hineinzupassen. Dadurch ist die Rotorscheibe 32 gegenüber Drehbewegungen relativ zu dem Nabenadapter 42 verriegelt, ist jedoch darauf axial verschiebbar. Weil der Nabenadapter 42 auf ein Fahrzeug-Rad montiert ist, dreht sich die Rotorscheibe 32 mit dem Rad.
Die Rotorscheibe 32 wird durchlüftet und weist zu diesem Zweck sich radial erstreckende Belüftungsdurchlässe 48 auf, die mit Öffnungen 49 in der Gehäusewand 14 kommunizieren. Wie in den 1, 2 und 3 gezeigt, gibt es axiale Öffnungen 48a, die die radialen Öffnungen 48 schneiden, um sicherzustellen, dass soviel Luft wie möglich durch die Rotorscheibe 32 hindurchströmt.
Ein Bremsschuh 50 umfasst Bremsbeläge 52 und eine Stützplatte 54. Der Bremsschuh 50 umfasst einen gewellten Umkreisrand 51, der mit der inneren Oberfläche 16 der zylindrischen Wand 14 ineinander greift. Dadurch kann sich der Bremsschuh 50 axial verschieben, wird jedoch gegenüber Drehbewegungen relativ zu dem Gehäuse 12 festgehalten.
Ein ringförmiger Balg 56 ist zwischen der Wand 28 und der Stützplatte 54 bereitgestellt. Wenn eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Öl in den Balg 56 zugeführt wird, dehnt er sich aus und bewegt dabei den Bremsschuh 50 axial auf die Reibungsoberfläche 36 der Rotorscheibe 32 zu. Die Rotorscheibe 32 gleitet ebenfalls in Antwort auf die durch den Balg 56 ausgeübte Kraft axial auf der Nabe 42, und die radiale Reibungsoberfläche 34 kommt in reibenden Kontakt mit den Bremsbelägen 20. Wenn also eine Betätigung der Bremsen notwendig ist, wird der Balg 56 ausgedehnt. Um jedoch die Bremsen zu lösen, wird es dem Öl ermöglicht, aus dem Balg 56 herauszufließen und dabei die axiale Kraft auf dem Bremsschuh 50 zu lösen, wodurch es der Rotorscheibe 32 ermöglicht wird, sich innerhalb des Gehäuses 12 frei zu drehen.
Bezugnehmend auf die 3, 4a und 4b wird jetzt eine Ausführungsform der verformbaren Mittel, die als Rolldichtungen 62, 64 ausgeführt sind, beschrieben. Ein Paar Roll dichtungen 62 ist in der vorliegenden Ausführungsform auf der äußeren Oberfläche der gewellten Wand 46 des Nabenadapters 42 angeordnet und entsprechend dem Umriss der gewellten Oberfläche gebildet. Paare von sich in Umkreisrichtung erstreckenden Furchen 46c, 46d sind zur Aufnahme der Rolldichtungen 62a bzw. 62b in der Wand 46 gebildet. Wie in 3 gezeigt, ist das Paar der Rolldichtungen 62a und 62b vor-komprimiert, wenn es zwischen die Nabe 42 und dem Rand 38 der Rotorscheibe 32 eingefügt wird. Ein Haltering 63 kann bereitgestellt werden, um die Dichtung 62a auf ihrem Platz zu halten. Die Dichtung 62b wird durch die in der Wand 46 gebildete Furche 65 festgehalten. Der Haltering 63 ist mit konvex gekrümmten Oberflächen 63b ausgebildet, um die Dichtung 62a zu unterstützen und die Verformung der Dichtung 62a zu steuern, wie das untern beschrieben wird. Ebenso ist die Furche 65 mit konvex gekrümmten Oberflächen 65b ausgebildet, um die Verformung der Dichtung 62b zu steuern. Wenn die Rotorscheibe 32 auf dem Nabenadapter 42 gleitet, wie vorausgehend beschrieben, werden die Rolldichtungen 62a und 62b in der Richtung des Wegs der Rotorscheibe 32 verformt, wie durch den Pfeil in 4b veranschaulicht, wenn durch den Balg 56 eine Kraft auf den Bremsschuh 50 ausgeübt wird. Wenn die Bremsen gelöst werden, stellen sich die Rollsiegel 62a und 62b wieder her, aufgrund der darin gespeicherten Energie, und kehren in die in der 4a gezeigten Form zurück, bewegen dabei die Rotorscheibe 32 und ziehen somit die Reibungsoberfläche 34 von dem Bremsklotz 20 weg. Die Rolldichtungen 62a und 62b können so gewählt werden, dass die richtige Größe des Spielraums bereitgestellt wird, um das Mitschleifen, das auftritt, wenn die Rotorscheibe 32 mit dem Bremskissen 20 in Berührung bleibt, zu verhindern. Es ist wichtig, dass nur ein kleiner Zwischenraum bereitgestellt wird, um unnötige Pedalbewegung zu vermeiden.
In der gleichen Weise greift die Rolldichtung 64, die in einer Umkreisfurche 30a auf dem Flansch 30 angeordnet ist, mit dem Flansch auf der Stützplatte 54 auf dem Bremsschuh 50 ineinander und bewirkt, dass der Bremsschuh 50 von der Reibungsoberfläche 36 der Rotorscheibe 32 weg zurückkehrt, wenn die Flüssigkeit aus dem Balg entleert wird, um das Mitschleifen der Bremsen zu eliminieren. Ein Abstreifring 66 auf dem Gehäuse 14 dichtet den Bremsschuh gegen festen Schmutz und Staub ab.
Bezugnehmend auf 5 wird eine Abänderung der erfindungsgemäßen Bremsen gezeigt. Die Elemente, die in 5 ähnlich zu solchen in den 1 bis 4 sind, wurden um 100 angehoben.
Noch spezifischer ist das Gehäuse 112 eine Schale, die eine zylindrische Wand 114 aufweist, die nun neben dem gewellten Bereich 116 einen glatten, zylindrischen Wandbereich 155 umfasst. Ebenso weist die radiale Wand 122 neben der gewellten Umkreiswand 124 einen glatten, zylindrischen Wandbereich 160 auf. Wenn also die radiale Wand 122 innerhalb der Schale oder des Gehäuses 112 aufgenommen wird, passt der glatte Wandbereich 160 der radialen Wand 122 in den glatten zylindrischen Wandbereich 155 des Gehäuses 112. Ein Vorsprung 155a ist zwischen dem gewellten Wandbereich 114 und dem glatten Wandbereich 155 gebildet und wirkt als ein Stopper für die radiale Wand 122, die komplementäre Umkreisoberflächen aufweist, d. h. zwischen dem gewellten Wandbereich 124 und dem glatten Wandbereich 160. Dies beseitigt die Notwendigkeit für die in der Ausführungsform der 1 bis 4 gezeigten Einkerbungen 70.
Der Querschnitt der 5 ist durch die radiale Wand 122, genau an der Position, ausgenommen wo die Auslassöffnungen 170 und 172 für den Balg 156 angeordnet sind.
Zurückverweisend auf 1 ist die Wand 28 zur Aufnahme eines Verdehnungssensors 60 angepasst. Diese Verdehnungssensoren 60 können von dem Typ sein, der unter der Handelsmarke MULTIDYN bekannt und in dem am 4. Juni 1996 an THOMSON-CSF erteilten U.S.-Patent Nr. 5,522,270 beschrieben ist. Der Verdehnungssensor 60 kann wertvolle Information über die Bremswirksamkeit und die Abnutzung der Bremsschuhe liefern.
Der Verdehnungssensor 60 erstreckt sich etwas tangential zu der Wand 28 und kann dadurch das zwischen der Nabe 26 und dem zylindrischen Flansch 30 der radialen Wand (Spinne) 22 angelegte Drehmoment überwachen. Mit der Information, die von dem Verdehnungssensor 60 erhalten werden kann, kann die Temperatur der Bremsen mittels eines geeigneten Mikroprozessors überwacht werden. Wenn die Bremsen beispielsweise angelegt werden, der Druck bekannt ist, und wenn die Wärme zunehmen sollte, nimmt das Drehmoment ab. Eine erhöhte Temperatur der Bremsen signalisiert normalerweise eine Verschlechterung oder Funktionsstörung der Bremsen.
Andere Kennzeichen können ebenfalls in logischer Weise aus dem bekannten Druck und der durch den Verdehnungssensor 60 gelieferten Information über das Drehmoment bestimmt werden.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den 6 bis 8 offenbart. Die Bezugszeichen in diesen Figuren, die Elemente bezeichnen, die ähnlichen Elementen in der Ausführungsform der 1 bis 4 entsprechen, worden um 200 erhöht.
Die Scheibenbremse 210 ist auf die Nabe H eines Rads W im montierten Zustand gezeigt (8). Der Nabenadapter 242 ist also mittels Bolzen auf der Nabe H montiert. Der Nabenadapter 242 umfasst eine gewellte Wand 246 (6, 7a und 7b), die Rippen 246a und Täler 246b umfasst, die mit der gewellten inneren Oberfläche 240 des Rands 238, welcher ein integrales Teil der Rotorscheibe 232 ist, zusammenpassen.
6 veranschaulicht die verschiedenen Elemente dieser Ausführungsform, jedoch ohne die Rotorscheibe 232. Die Rotorscheibe 232 ist in den 7a, 7b und 8 dargestellt.
Wie vorhergehend beschrieben, ist die Rotorscheibe 232 gegenüber Drehungen in Umkreisrichtung relativ zu dem Nabenadapter 242 verriegelt, jedoch kann die Rotorscheibe 232 axial relativ zu dem Nabenadapter 242 gleiten. Der Rand 238 ist entlang jedes seiner Ränder eingekerbt, um die Rolldichtungsgehäuse 263 bzw. 265 aufzunehmen. Jedes Rolldichtungsgehäuse 263 und 265 ist aus Dünnblechstanzung hergestellt und als ein ringförmiger Kanal mit einer lateralen Breite, die größer ist als der Durchmesser der Rolldichtungen 262a bzw. 262b, gebildet. Der Bereich des Kanals ist durch die Bezugszeichen 263b und 265b in den 7a und 7b dargestellt. Der Greifbereich des Kanals bildet eine Rampe, die in den 7a und 7b von links nach rechts abwärts geneigt ist. Wenn also die Rotorscheibe 232 von rechts nach links gleitet, um mit dem durch die Bremskissen 220 dargestellten Bremsschuh ineinanderzugreifen, bewegen sich der Rand 238 und die Rollsiegelgehäuse 263 und 265 aus der in der 7a gezeigten Position in die in 7b gezeigten Position nach links.
Wenn man die Position der Rolldichtungen 262a und 262b in 7b beobachtet, würde man erkennen, dass die Rolldichtungen durch die Rampen der Kanäle 263 und 265 etwas eingeklemmt werden. Folglich weisen die Rolldichtungen gespeicherte Energie auf, die die durch den Balg 256 auf die Rotorscheiben 232 ausgeübten Kräfte überwinden kann, wenn die Flüssigkeit aus dem Balg 256 herausgelassen wird, wie das im folgenden beschrieben wird. Folglich ziehen die Rolldichtungen 262a und 262b die Rotorscheibe 232 von den Bremskissen 220 weg in eine in 7a gezeigte Position. Die Rolldichtungen 262a und 262b gleiten auf der Oberfläche 246 zum Ausgleichen des Verschleißes des Bremsklotzes 220. Die Rolldichtungen 262a und 262b dienen auch als eine Federung zur Dämpfung der Schwingungen zwischen der Rotorscheibe 232 und dem Nabenadapter 242.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die durch die zylindrische Wand 214 und die radiale Wand 218 dargestellte Gehäuseschale 212 ein Dünnblechstanzteil. Ein Saum 218a ist an der inneren Kante der Wand 218a gebildet, um zu ermöglichen, dass das Bremskissen 220 einschließlich einer Stützwand 221 in eine Position innerhalb des Gehäuses festschnappen kann, wie in den 7a und 7b gezeigt. Die Schale 212 kann an der linken Endseite der 7a und 7b angebaut werden, wobei der Bereich 255 sich über und konzentrisch mit dem zylindrischen Wandbereich 224 der radialen Wand 222 erstreckt. Eine in zwei Teile zusammenklappbare Kappe 283 umschließt den vergrößerten, durch die Ausbreitung 255 gebildeten Kragenbereich und weist an jeder seiner Kanten einen radialen Saum zur Bildung einer Rinne zum Verriegeln der Wand 224 der radialen Wand 222 innerhalb des Gehäuses 212 auf.
6 zeigt, wie sich die kurzen Erstreckungen 283a und 283b der zweiteilige Kappe 283 einander überlappen. Ein Kopplungselement 284 erstreckt sich über die so durch die Enden der zusammenklappbaren Kappe 283 gebildete Verbindung. Das Kopplungselement 284 umfasst Öffnungen 286, durch die Stifte 288 hindurchlaufen können. Diese Stifte sind geformt und passen in einen mit den Tälern in der Kappe 283 übereinstimmenden Bereich.
Der Balg 256 wird hier gezeigt mit einer U-förmigen Membran 256a, die Nuten 276 und 278, die innerhalb der radialen Wand 222 eingeführt werden, aufweist. Verstärkungsringe 280 und 282 sind ebenfalls in diesen Nuten platziert, um zu verhindern, dass die Membran 256a sich radial ausdehnt.
Der Bremsschuh 250 einschließlich der Bremsklötze 252 und der Stützplatte 254 weisen eine T-förmige Konfiguration auf, wobei der Fuß des T 251 die Membran 256a zurückfaltet und ein M bildet, wie in den 7a und 7b gezeigt. Wenn folglich Flüssigkeit, wie beispielsweise Öl, durch den Einlass 272 injiziert wird, wie in 7a gezeigt, dehnt der Balg 256 sich in der axialen Richtung aus, wie in 7b gezeigt.
Ein weiterer Ring 230 (entsprechend dem Flansch 30 in den 1 bis 4) ist ebenfalls in den Einschnitt 278 eingelegt, erstreckt sich jedoch axial von der radialen Wand 222 zur Unterstützung einer Rolldichtung 264. Die Stützplatte 254 ist versehen mit einer kanalförmigen Rinne 257, die den gleichen Aufbau aufweist, wie die hierin in Bezug auf die Kanäle 263 und 265 beschriebene. Wenn folglich der Balg 256 ausgedehnt wird, bewegt sich der Bremsschuh 250 in den Zeichnungen der 7a und 7b nach links, erzeugt mittels des Bremsklotzes 252 eine axiale Kraft auf die Rotorscheibe 232, greift reibend mit der Reibungsoberfläche 236 ineinander und drückt weiterhin gegen die Ro torscheibe 232, so dass die Reibungsoberfläche 234 mit dem Bremsklotz 220 ineinander greift. Wenn Öl aus dem Balg 256 ausgelassen wird, überwindet die Rolldichtung 264, die wie in 7b gezeigt ein wenig zusammengedrückt worden ist, die reduzierte axiale Kraft, und zieht dabei den Bremsschuh 250 von der Reibungsoberfläche 236 der Rotorscheibe 232 zurück. Gleichzeitig ziehen die Rolldichtungen 262a und 262b die Rotorscheibe 232 aus ihrem reibenden Ineinandergreifen mit den Bremsklotz 220 zurück.
Ein Abstreifring 268 ist zum Verhindern, dass fester Schmutz in den Bereich der Rolldichtung 264 eindringt, auf die Stützplatte 254 montiert gezeigt. Ähnliche Abstreifringe (siehe Abstreifring 66 in 3) können an anderen geeigneten Stellen, wie beispielsweise zwischen der Stützplatte 254 und der zylindrischen Gehäusewand 214, bereitgestellt werden.
Eine weitere Verbesserung zu der oben beschriebenen Ausführungsform, die mit der in den Patentansprüchen 1 bis 17 beanspruchten Erfindung vereinbar ist, wird in den 9 und 10 gezeigt. Bezugszeichen, die Elementen entsprechen, die in der Ausführungsform der 1 bis 4 gezeigt sind, wurden um 300 angehoben. Die verformbaren Mittel (Rolldichtungen) sind in den 9 und 10 nicht gezeigt. Die Rotorscheibe 332 weist Reibungsoberflächen 234 und 236 in verschiedenen radialen Abständen von der Drehachse der Rotorscheibe auf. Wie in 10 deutlicher sichtbar ist, sind die gegenüberliegenden Reibungsoberflächen 334 und 336 versetzt angeordnet. Die entsprechenden Bremsklötze 320 und 352 sind ebenfalls so aufgebaut, dass sie den radial versetzt angeordneten Reibungsoberflächen 334 und 336 entsprechen.
Die Gehäusewand 314 ist entsprechend ausgebildet, um diesen Unterschied im Radius aufzunehmen. Es wurde herausgefunden, dass die Amplitude und der Unterschied der Amplitude der Schwingung zwischen den Backen, wie beispielsweise den Backen 20 und 52 in der Ausführungsform der 1 bis 4, die Hauptfaktoren waren, die zur Erzeugung des Bremsquietschens beigetragen haben. Bremsquietschen ist als ein Resultat von selbst induzierten Schwingungsphänomenen der verschiedenen Teile erkannt worden. In bestimmten Situationen können Schwingungen große Verschiebungen und ernsthafte Spannungen in der Bremse verursachen. Die Geschwindigkeit eines schwingenden Systems ist im allgemeinen proportional zu seiner Frequenz und wird durch eine viskose Andrückkraft, die mit der Schwingungsfrequenz zunimmt, verstärkt.
Es wurde herausgefunden, dass wenn die Bremsklötze 320 und 352 ebenso wie die entsprechenden ringförmigen Reibungsoberflächen 334 und 336 auf der Rotorscheibe 332 verschiedene Radien aufweisen, diese Schwingungen mit verschiedenen Frequenzen auftreten und dadurch die Wahrscheinlichkeit von Oberwellen verringern, was dazu beiträgt, das Bremsenquietschen und Belastungen, die in der Scheibenbremse auftreten könnten, zu verringern.

Claims

Eine Scheibenbremsvorrichtung (10) für ein Fahrzeug-Rad, wobei das Rad (W) eine mit einer Radachse an dem Fahrzeug verbundene Nabe (H) hat, umfassend ein an dem Fahrzeug montiertes Gehäuse (12, 112, 212) und innerhalb des Gehäuses mindestens eine ringförmige Rotorscheibe (32, 132, 232, 332) und Mittel, die die Scheibe an das Rad montieren, wobei die Scheibe mindestens eine erste radiale, ebene, ringförmige Reibungsoberfläche (36, 136, 236, 336; 34, 134, 234, 334) hat und das Gehäuse mindestens einen ersten ringförmigen, neben der ersten Reibungsoberfläche der Scheibe angeordneten Bremsschuh (50, 150, 250, 350; 20, 120, 220, 320) umfaßt und der Bremsschuh axial auf die erste Reibungsoberfläche hin und davon zurück beweglich ist; mindestens ein erstes Mittel (51, 16, 46a, 46b) zum Verhindern des Mitdrehens des ersten Bremsschuhs mit der Scheibe vorgesehen ist, wobei das Gehäuse eine ringförmige, radiale Wand (22, 122, 222, 322) parallel zum ersten Bremsschuh umfaßt; und einen ringförmigen, durch Flüssigkeit ausdehnbaren Balg (56, 156, 256), der sich zwischen dem ersten ringförmigen Bremsschuh und der radialen Wand erstreckt, wobei sich der Bremsschuh beim Ausdehnen des Balgs axial bewegt und mit der ersten Reibungsoberfläche der Scheibe ineinandergreift; dadurch gekennzeichnet daß die Scheibenbremsvorrichtung weiterhin mindestens ein erstes elastisch verformbares Mittel (64, 264; 62a, 62b, 262a, 262b) zum Entkuppeln des ersten Bremsschuhs vom Reibungskontakt mit der ersten Reibungsoberfläche der Rotorscheibe beim Herauslassen der Flüssigkeit aus dem Balg umfallt, wobei in dem ersten elastisch verformbaren Mittel (64, 264; 62a, 62b, 262a, 262b) durch Verformung des besagten ersten elastisch verformbaren Mittel gespeicherte Energie verwendet wird.
Die Scheibenbremsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Verhindern des Mitdrehens des ersten Bremsschuhs mit der Scheibe eine zylindrische Wand (14, 114), die in dem Gehäuse vorgesehen ist und eine radial an den Umkreis (24) des ersten Bremsschuhs angrenzende, interne Oberfläche (16) hat, und ineinander passende inter-digitale Elemente (16b, 51), die an der internen Oberfläche (16) der konzentrischen Wand (14) und dem Umkreis des ersten Bremsschuhs (50) vorgesehen sind umaßt, welche inter-digitalen Elemente (16b, 51) eine axiale Bewegung des ersten Bremsschuhs (50, 150) relativ zu der Oberfläche der zylindrischen Wand (14, 114) zulassen aber eine Umkreisbewegung des ersten Bremsschuhs (50) relativ zu der zylindrischen Wand (14) des Gehäuses verhindern.
Die Scheibenbremsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die inter-digitalen Elemente eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten, axial herausragenden Rippen (16b) auf der inneren Oberfläche der zylindrischen Wand (14), die mit entsprechenden Tälern (51) auf dem Umkreis des ersten Bremsschuhs (50) ineinander passen.
Die Scheibenbremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (12, 112, 212) weiterhin einen ringförmigen radialen Saum (18, 218a), der durch die zylindrische Wand (14, 214) bedingt und auf der dem ersten Bremsschuh (50, 250) gegenüberliegenden Seite der Rotorscheibe (32, 232) angeordnet ist, umfaßt und ein zweiter Bremsschuh (20, 220), der auf dem ringförmigen Saum (18, 218a) einer zweiten Reibungsoberfläche (34, 234) auf der Rotorscheibe gegenübersteht, vorgesehen ist.
Die Scheibenbremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mittel zum Entkuppeln des ersten Bremsschuhs (50) von der ersten Reibungsoberfläche (36) der Rotorscheibe (32) mindestens eine Rolldichtung (64) umfaßt, die zwischen einer ringförmig gebildeten Oberfläche des ersten Bremsschuhs (50) und einer ringförmig gebildeten zylindrischen Oberfläche der ersten radialen Wand (22) des Gehäuses, welches sich parallel und benachbart zu der ringförmig gebildeten Oberfläche des ersten Bremsschuhs (50) erstreckt, so daß die Rolldichtung (64) Energie speichern kann, wenn Kraft auf den ersten Bremsschuh ausgeübt wird, um diesen mittels des durch Flüssigkeit ausdehnbaren Balgs (56) reibend auf die erste Reibungsoberfläche (36) der Rotorscheibe einzurücken, und wobei die gespeicherte Energie ausreichend ist, um den ersten Bremsschuh (50) von der ersten Reibungsoberfläche (36) der Rotorscheibe (32) zurückzuziehen, wenn Flüssigkeit aus dem ausdehnbaren Balg herausgelassen wird.
Die Scheibenbremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Mittel, die die Scheibe an das Fahrzeugrad montieren, einen Nabenadapter (42; 242), der zum Mitdrehen mit dem Fahrzeugrad geeignet montierbar ist, umfassen, wobei der Nabenadapter (42; 242) eine zylindrische, äußere Oberfläche (46c, 246) hat; wobei die Rotorscheibe (32, 232) eine durch eine innere zylindrische Wand (40; 240) definierte, zentrale Öffnung umfaßt, und wobei inter-digitale Elemente (46a, 46b; 40a, 40b) auf der äußeren Oberfläche des Nabenadapters (42, 242) und der inneren zylindrischen Oberfläche der Rotorscheibe vorgesehen sind, wodurch besagte interdigitale Elemente so ineinander passen, daß die Rotorscheibe sich axial auf dem Nabenadapter bewegen kann, aber die Rotorscheibe gegen rotierende Umfangsbewegung relativ zu dem Nabenadapter gehindert wird; und mindestens eine Rolldichtung (62; 262a) zwischen der äußeren zylindrischen Oberfläche (46c; 246c) des Nabenadapters und der inneren zylindrischen Oberfläche (40; 240) der Rotorscheibe (32, 232) platziert und so angeordnet ist, daß, wenn die Rotorscheibe durch die von der Flüssigkeit in dem ausdehnbaren Balg erbracht axiale Kraft axial auf den zweiten Bremsschuh (20; 220) hin bewegt wird, die Rolldichtung verformt wird und Energie aufnimmt, so daß, wenn die Flüssigkeit aus dem ausdehnbaren Balg herausgelassen wird, die in der Rolldichtung aufgenommene Energie wirksam wird und die zweite Reibungsoberfläche der Rotorscheibe von dem zweiten Bremsschuh entkuppelt.
Die Scheibenbremsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei es zwei axial beabstandete Rolldichtungen (62a, 62b; 262a, 262b) gibt zwischen der inneren zylindrischen Oberfläche (40; 240) der Rotorscheibe (32; 232) und der äußeren zylindrischen Oberfläche (46c; 246) des Nabenadapters (42; 242).
Die Scheibenbremsvorrichtung nach Anspruch 6 und 7, wobei die mindestens eine Rolldichtung (62b) in einem auf der äußeren zylindrischen Oberfläche (46) des Nabenadapters (42) geformten Kanal (46d) vorgesehen ist.
Die Scheibenbremsvorrichtung wie in Anspruch 5 definiert, wobei die ringförmige radiale Wand (23) des Gehäuses einen sich zur Rotorscheibe (32) hin erstreckenden zylindrischen Flansch (30) aufweist und der erste Bremsschuh (50) eine Stützplatte (54) mit einem zylindrischen Wandanteil hat, und eine Rolldichtung (64) in einer Nute (30a) auf dem Flansch (30) montiert ist und mit dem zylindrischen Wandteil der Stützplatte ineinander greift.
Die Scheibenbremsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Rotorscheibe (232) einen Rand (238), der die innere zylindrische Oberfläche (240) definiert umfaßt, und ein Paar axial beabstandeter Nuten sind in dem Rand (238) vorgesehen und die Rolldichtung aufnehmende Kanäle (263, 265) sind in der Nut auf dem Rand vorgesehen zum Aufnehmen der Rolldichtung (262a, 262b), wobei jeder Kanal einen Eingreifbereich mir einer schiefen Oberfläche, deren Tiefe von einer Seite des Kanals zu der anderen Seite des Kanals abnimmt, hat und wobei die axiale Länge des Kanals (263, 265) größer ist als die axiale Länge der Rolldichtung (262a, 262b), so daß die Rolldichtung zusammengedrückt werden kann, wenn die Rotorscheibe (232) auf den zweiten Bremsschuh hin bewegt wird, und die Rolldichtungen mit der äußeren zylindrischen Oberfläche (246) den Nabenadapters (242) ineinander greifen.
Die Scheibenbrmsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der erste Bremsschuh (232) eine Stützplatte (254) umfaßt, die eine zylindrische Oberfläche gegenüber der radialen, zylindrischen Oberfläche, die von der ersten radialen Wand gebildet wird, bildet; und in der zylindrischen Oberfläche der Stützplatte (254) eine Nute (257) zum Aufnehmen der Rolldichtung (264) definiert ist, wobei die Nute eine radiale Ausdehnung hat, die größer als die radiale Ausdehnung der Rolldichtung ist, und ein Eingreifbereich der Nute eine geneigte Wandanordnung hat, um Kompression auf die Rolldichtung auszuüben, wenn sich der Bremsschuh auf die Rotorscheibe (232) hin bewegt.
Die Scheibenbremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Balg (56, 156) eine axial geschlossene Hülle aus elastischem Material ist und sich zwischen der ersten radialen Wand (22, 122) des Gehäuses (12, 112) und dem ersten Bremsschuh (50, 150) erstreckt.
Die Scheibenbremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Balg (256) eine ausgedehnte ringförmige Membran (256a) aus elastischem flexiblem Material mit parallelen Rändern umfaßt und die Ränder abdichtend mit der ersten radialen Wand (222) des Gehäuses (212) verbunden sind, derart daß der Balg (256) zwischen der Membran (256a) und der ersten radialen Wand (222) gebildet wird.
Die Scheibenbremsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei der erste Bremsschuh (250) eine Stützplatte (254) aufweist mit einem Querschnitt in der Form eines T, wobei das Bein (251) des T sich axial von der Rotorscheibe (232) weg erstreckt, und mit der den Balg bildenden Membran (256a) ineinander greift, so daß der Querschnitt der Membran eine M-Form als Querschnitt hat.
Die Scheibenbremsvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die erste radiale Wand (222) des Gehäuses mit einem Paar von radial beabstandeter Umkreis-Spalten versehen ist, und die Enden der Membran (256a) in entsprechenden Spalten zum abdichtenden Verbinden mit der ersten radialen Wand (222) aufgenommen werden.
Die Scheibenbremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rotorscheibe (332) mindestens eine erste radiale, ringförmige, ebene Reibungsoberfläche (336) mit einem ersten mittleren Radius auf einer Seite und in der Nähe des Umkreises der Scheibe und eine zweite radiale, ringförmige, ebene Reibungsoberfläche (334) auf der anderen Seite der Scheibe parallel zur ersten Reibungsoberfläche, jedoch mit einem mittlerem Radius, der kleiner als der erste mittlere Radius, hat.
Die Scheibenbremsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Gehäuse einen ersten Bremsschuh (352), der dazu angepaßt ist, mit der erste Reibungsoberfläche (336) ineinander zu greifen, und einen zweiten Bremsschuh (320), der dazu angepaßt ist, mit einer zweiten Reibungsoberfläche (334) ineinander zu greifen, umfaßt, wobei die versetzten Reibungsoberflächen und Bremsschuhe bewirken, daß die Schwingungen der Bremsvorrichtung gedämpft werden.