DE8900846U1

DE8900846U1 - Braking device for wheels

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Publication number: DE8900846U1
Application number: DE8900846U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-01-26
Filing date: 1989-01-26
Publication date: 1989-05-18

Description

Selbstverstärkendes BremssystemSelf-reinforcing braking system

Die Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung u.a. für Zweiräder bzw. eine Zusatzeinrichtung für herkömmliche Feigen-, Zangenbremsen. Diese neuartige Bremseinrichtung weist eine selbstverstärkende Wirkung auf, die zu einer deutlich gesteigerten Bremskraft auch unter widrigen Witterungsverhältnissen führt. Die Funktion wird über bw. Seilzüge durch Bremsarme mit in der Regel auf die Felge wirkenden Bremsbacken erreicht, wobei durch an der bw. Fahrradgabel oder dem Rahmen drehbar angeordnete mit den Bremsbacken verbundene Gestänge die Bremsbacken zwangsweise an die Felgen geführt werden und sich in Zusammenwirkung mit der Felgenbewegung zusammenziehen.The invention relates to a braking device for two-wheelers, among other things, or an additional device for conventional rim or caliper brakes. This new type of braking device has a self-reinforcing effect, which leads to a significantly increased braking force even under adverse weather conditions. The function is achieved via cables through brake arms with brake shoes that generally act on the rim, whereby the brake shoes are forcibly guided to the rim by rods connected to the brake shoes that are rotatably arranged on the bicycle fork or the frame and contract in conjunction with the rim movement.

Bremsen, bei denen Seilzüge oder Gestänge die Bremskraft über Bremshebel von Bremsbelägen auf das rotierende Element übertragen und es zum Stillstand bringen, sind schon sehr lange bekannt. Dabei ist die Bremskraftbegrenzung bw. bei Fahrrädern natürlicherweise durch die maximale vom Fahrer aufzubringende Kraft begrenzt.Brakes in which cables or rods transfer the braking force from brake pads to the rotating element via brake levers and bring it to a standstill have been around for a very long time. The braking force limit, such as in the case of bicycles, is naturally limited by the maximum force that the rider can apply.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die Bremswirkung durch die konstruktive Auslegung der bw. Bremshebeln zu erhöhen. Dabei haben auch die im Rennsport auftretenden hohen Geschwindigkeiten dazu geführt, daß Vorschläge wie nach DE PS 3 310 152 entstanden. Die dabei stabile Auslegung verhindert angeblich ebenfalls das Flattern der Bremse bei hohen Geschwindigkeiten. Die Hebelwirkung der Bremsarme wird in DE 3 409 779 als einem günstigerem Verhältnis entsprechend beschrieben. Als Hebelverhältnis wird definiert der Abstand zwischen dem Drehpunkt des Bremshebels und dem Angriffspunkt der Betätigungskraft sowie zwischen dem Angriffspunkt der Bremsklötze und wieder dem Drehpunkt. Ein besonders günstiges Hebelverhältnis findet man an Felgenbremsen nach DE PS 3 518 992, welche von ihrer kompakten Auslegung her auch für dickere Reifen einsetzbar ist. Eine durch einen Mittelzug zu betätigende Felgenbremse, die als Zangenbremse besser bezeichnet wird, zeigt DE OS 3 722 712. Hier werden bw.;',;Rückst,ellfedern mit einer entsprechenden VorspannungThere has been no lack of attempts to increase the braking effect through the structural design of the brake levers. The high speeds encountered in racing have also led to proposals such as those in DE PS 3 310 152. The stable design also supposedly prevents the brakes from fluttering at high speeds. The lever effect of the brake arms is described in DE 3 409 779 as corresponding to a more favorable ratio. The lever ratio is defined as the distance between the pivot point of the brake lever and the point of application of the actuating force and between the point of application of the brake pads and the pivot point again. A particularly favorable lever ratio can be found on rim brakes in accordance with DE PS 3 518 992, which can also be used for thicker tires due to their compact design. A rim brake that is operated by a central pull, which is better described as a caliper brake, is shown in DE OS 3 722 712. Here, return springs with a corresponding preload are

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eingebaut, sowie ein Nachrüsten ähnlicher einfacherer Bremsen mit diesem System ermöglicht.installed, and also allows retrofitting of similar, simpler brakes with this system.

Allen genannten Bremssystemen ist gemeinsam, daß ihre Wirkung ausschließlich manuell erzeugt wird und über einen Seilzug oder ein Gestänge und vom Prinzip her ähnlichen Hebelsystemen auf die Felge übertragen wird. Einen zumindest teilweise anderen Weg beschreitet man in DE OS 3 325 970; hier wird die Bremskraftübertragung von den Bremsklötzen auf die Felge hydraulisch durchgeführt. Insgesamt ändert sich dabei nichts am Prinzip der bislang bekannten Bremssystemen.What all of the above-mentioned braking systems have in common is that their effect is exclusively manually generated and is transmitted to the rim via a cable or a rod and lever systems that are similar in principle. An at least partially different approach is taken in DE OS 3 325 970; here the braking force is transmitted hydraulically from the brake pads to the rim. Overall, nothing changes in the principle of the braking systems known to date.

In DE PE 3 518 992 wird auf ein Problem aller bisherigen handbetätigten Bremsen, wie bw. Felgenbremsen, hingewiesen: alle mechanischen Bauteile unterliegen elastischen Verformungen, die ein wirksames Bremsen verhindern (sinngemäß in Sp. 3, Z.22 ff.). Einem Ausrüsten mit entsprechend steifen Konstruktionen sind Material-, Gewichts- und Preisgrenzen gesetzt; die Bremskraft im Verhältnis zum Eigengewicht ist limitiert- vom Automobilbau her bekannte Bremskraftverstärkungssysteme sind nicht bekannt.DE PE 3 518 992 points out a problem with all previous hand-operated brakes, such as rim brakes: all mechanical components are subject to elastic deformations, which prevent effective braking (as in column 3, line 22 ff.). There are material, weight and price limits for equipping them with correspondingly rigid structures; the braking force in relation to the dead weight is limited - there are no known brake booster systems known from automotive engineering.

Es stellt sich somit die Aufgabe, erheblich verbesserte Bremsen zu finden, welche in ihrer Bremswirkung den bekannten überlegen und darüberhinaus einfach im Aufbau, der Wartung sind. Darüberhinaus sollen sich herkömmliche bremsen nachrüsten lassen und dieses verbesserte System keinen nennenswerten Gewichtsssuwachs herbeiführen.The task is therefore to find significantly improved brakes that are superior to the existing ones in terms of their braking effect and are also simple to set up and maintain. In addition, conventional brakes should be able to be retrofitted and this improved system should not result in any significant increase in weight.

Ziel der Erfindung ist es ebenfalls, dieses Bremssystem auf andere Bewegungsvorgänge einwirken zu lassen., bei denen ebenfalls äußerst rasch ein rotierendes Element zum Stehen gebracht werden soll.The aim of the invention is also to allow this braking system to act on other movement processes in which a rotating element is also to be brought to a standstill extremely quickly.

Diese Aufgaben werden von dem nachfolgend beschriebenen Bremssystem gelöst. Die Wirkungsweise der erfi~dungsgemäßen Bremse, die als selbstverstärkend bezeichnet werden kann, geht aiib Abb.l hervor. Das Einleiten des Bremsvorgangs wird in üblicher Weise durch Betätigung des Bremshebels am bw. Lenker vorgenommen undThese tasks are solved by the braking system described below. The mode of operation of the brake according to the invention, which can be described as self-reinforcing, is shown in Fig. 1. The braking process is initiated in the usual way by operating the brake lever on the left handlebar and

über einen Bowdenzug oder ein Gestänge auf die Hebel einer Felgenbremse oder Reifenbremse übertragen. Diese Hebel 2 werden über den Drehpunkt 3 angesteuert und bringen die Bremsbacken 1 in Richtung zur Felge oder Rad 6, die sich in Pfeilrichtung be wegt. Am Drehpunkt 3 sind die Bremshebeln zweckmäßigerweise mit dem Rahmen verbunden. Die Bremsbacken als äußerster Punkt der Bremshebel sind zwangsgeführt an einem Gestänge 5, welchen am Punkt 1 drehbar befestigt ist. Kommt es jetzt zu einem Bremsvorgang, werden die Bremsbacken nicht in üblicher Weise an die Felge geführt (entsprechend Pfeil 8) sondern durch dir Zwangs- via a Bowden cable or a rod to the levers of a rim brake or tire brake . These levers 2 are controlled via the pivot point 3 and bring the brake shoes 1 towards the rim or wheel 6, which moves in the direction of the arrow. At the pivot point 3, the brake levers are conveniently connected to the frame. The brake shoes as the outermost point of the brake levers are positively guided on a rod 5, which is rotatably attached to point 1. If braking now occurs, the brake shoes are not guided to the rim in the usual way (according to arrow 8) but by the positive

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preßt; je höher die Geschwindigkeit des Rades ist umso stärker naturgemäß die sich selbst einstellende, verstärkende Bremskraft. Insgesamt beschreiten die Bremsbacken einen Weg, der auf einem Kreis um den Punkt 4 (Pfeil 9) geschlagen wird; die Reibung mit der Felge führt dazu, daß die Bremsbarkon sich selbst anziehen, daß darUberhinaus prinzipiell keine Kraft mehr zu ihrer Betätigung erforderlich ist. Es ist nur geringfügig mehr Kraft aufzubringen, wie bw. nötig ist, um die Kraft bw. der Rückstellfedern zum öffnen der Bremse zu überwinden. Die Beendigung des Bremsvorgangs wird durch Lösen des Bremshebels am Lenker eingeleitet, wodurch die Rückstellfedern das Öffnen der Bremshebel 2 und damit verbunden das Zurückdrehen des Gestänges 5 bewirken= (Abb- 1 stellt eine Prinzipskizze dar. auf die Darstellung der Rückstellfedern, Halterungen, Eowdenzughalterung wird verzichtet.)presses; the higher the speed of the wheel, the stronger the self-adjusting, reinforcing braking force. Overall, the brake shoes follow a path that is made in a circle around point 4 (arrow 9); the friction with the rim means that the brake bars tighten themselves, so that in principle no more force is required to operate them. Only a little more force is required than is necessary to overcome the force of the return springs to open the brake. The braking process is ended by releasing the brake lever on the handlebar, whereby the return springs open the brake lever 2 and thus rotate the rod 5 back = (Fig. 1 shows a schematic diagram. The return springs, brackets and owden cable bracket are not shown. )

Die Wirkungsweise dieses selbstverstärkenden Bremssystems verlangt, daß die Bremshebel 2 in Bewegungsrichtung des Rades geringfügig nachgeben können, um das selbsttätige, selbstver stärkende Anpressen zu gestatten. Um dies zu erreichen, ist es zweckmäßig, den Drehpunkt 3 als Langloch oder auch leicht oval auszulegen. Bei neuen Bremsen wird dies bereits während der Herstellung vorgesehen, beim Nachrüsten reicht ein Ausweiten der vorhandenen Bohrung aus. Die Anordnung des Gestänges 5 beeinflußt die selbstverstärkende Wirkung erheblich; dabei ist die Größe des- Winkels Oi, von Bedeutung. Bei zu großem, gegen 90 strebenden. Werten wird nur ein geringer Effekt bemerkbar. Um The way this self-reinforcing brake system works requires that the brake levers 2 can give way slightly in the direction of movement of the wheel in order to allow the automatic, self-reinforcing pressure . To achieve this, it is advisable to design the pivot point 3 as an elongated hole or slightly oval. In new brakes, this is already provided for during manufacture; when retrofitting, it is sufficient to enlarge the existing hole. The arrangement of the rod 5 has a significant influence on the self-reinforcing effect; the size of the angle Oi is important. If the value is too large, tending towards 90, only a small effect is noticeable.

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etwa 45 ist der wirkungsvollste Bereich, vor allem aus fahrtechni&cher Hinsicht, da ein Blockieren der Räder ebenfalls zu verhindern sein muß. Als günstig hat sich ein Winkel von etwa 30 - 45 Grad herausgestellt, bei welchem der zur Selbstver- seärkung nötige Mitnahme- und Anpreßeffekt zu einem ausgezeichnetem Abbremsen des Rndes rührt. Die Länge des Gestänges 5 muß so bemessen sein, daß es zusammen mit der Stärke der Bremsbacken den Abstand Felge - Drehpunkt 4 nicht unterschreitet. Ist es kleiner, wird ein Bremsvorgang verhindert; ist es gleich oder nur geringfügig größer, kann es durch elastische Verformung der Aufhängung des Drehpunktes &mgr; zu einem Durchschlagen der Bremse hinter die angedeutete Linie 7 in Abb. 1 kommen, wodurch jegliche Bremswirkung verloren geht.About 45 is the most effective range, especially from a driving point of view, since locking of the wheels must also be prevented . An angle of about 30 - 45 degrees has proven to be favorable, at which the entrainment and pressure effect necessary for self-reinforcing results in excellent braking of the rim. The length of the rod 5 must be such that, together with the thickness of the brake shoes, it does not fall below the distance between the rim and the pivot point 4. If it is smaller, braking is prevented; if it is the same or only slightly larger, elastic deformation of the suspension of the pivot point µ can cause the brake to bottom out behind the indicated line 7 in Fig. 1, thereby losing all braking effect.

Die Länge dieses Gestänge ist auf einfache Art bw. auch der Felgenstärke so anzupassen, daß im Ruhestand der übliche Zwischenraum von Bremsbacke zur Felge eingehalten wird. Dies "ann durch eine verstellbare Ausführung des Gestänges 5 erfolgen, wobei durch Ein- oder Ausschrauben eines Teiles diese Anpassung erfolgt. Die Auslegung des Gestänges hängt naturgemäß von der zu erwartenden abzubremsenden Masse ab; es hat sich gezeigt, daß Materialstärken über sechs Millimeter in der Regel nicht erforderlich sind. Als Werkstoffe kommen bw. übliche Stähle, Legierungen niedriger Dichte in Frage, es können aber ohne weiteres faserverstärkte metallische oder nichtmetallische Verwendung finden. The length of this rod can be easily adjusted to the thickness of the rim so that the usual gap between the brake shoe and the rim is maintained when the vehicle is at rest. This can be achieved by making the rod 5 adjustable, whereby this adjustment is made by screwing a part in or out. The design of the rod naturally depends on the expected mass to be braked; it has been shown that material thicknesses of more than six millimeters are generally not necessary. The usual steels and low-density alloys can be used as materials, but fiber-reinforced metallic or non-metallic materials can also be used.

Die Anbringung der selbstverstärkenden Bremse, bzw. des entsprechenden Nachrüstsatzes ist prinzipiell unabhängig davon, wie sie montagemäßig vom Fahrradhcrsteller vorgesehen ist, bw. vor oder hinter dem Gabelrohr am Vorderrad, bw. an welcher Stelle die Befestigung am Hinterrad erfolgt. Entscheidend ist, daß die Befestigung der Gestänge 5 so erfolgt, wie es vom Prinzip her die Abb. 1 zeigt und dementsprechend auch die Wirkung auftreten kann. Zur Befestigung der Gestänge 5 mit dem Drehpunkt 4 eignen sich vorteilhaft entsprechende Holme im Bereich des Vorder- und Hinterrades. Hier kann durch bw. Schrauben eine Hal'ferune verrutschfest geklemmt werden: natürlich sind geklebte,. geschweißte, gelötete oder von Haus aus angegossene ebenfalls möglich und für hohe Anforderungen sicherlich vorteil-The installation of the self-reinforcing brake or the corresponding retrofit kit is in principle independent of how the bicycle manufacturer has planned to install it, i.e. in front of or behind the fork tube on the front wheel or where it is attached to the rear wheel. The decisive factor is that the rods 5 are attached as shown in principle in Fig. 1 and that the effect can occur accordingly. For attaching the rods 5 to the pivot point 4, appropriate bars in the area of the front and rear wheels are ideal. A half-bar can be clamped here using screws or similar to prevent it from slipping: of course, glued, welded, soldered or cast-on parts are also possible and are certainly advantageous for high demands.

haft. An der Halterung selbst kann durch en: Scharnier, ein Gelenk oder bw. eine elastische Verbindung das Gestänge beweglich angebracht werden. Die Befestigung der Gestänge an den Bremsbacken muß ebenfalls beweglich sein und ist bw. über einen Gabelkopf zu erreichen. Rüstet man herkömmliche Bremsen nach, so erfolgt diese Verbindung an den üblicherweise vorhandenen Längsführungen zum Einstellen der Bremsbacken oder direkt an den Bremsbackenbefestigungen. Hs ist nicht nötig, daß alle Bremsen eines bw. Fahrrades mit selbstverstärkend wirkenden ausgerüstet sind, sondern bw. entsprechend den Wünschen des Fahrers nur dasThe rods can be attached to the bracket itself in a movable manner using a hinge, a joint or an elastic connection. The rods must also be attached to the brake shoes and can be attached using a fork head. If conventional brakes are retrofitted, this connection is made to the longitudinal guides that are usually present for adjusting the brake shoes or directly to the brake shoe attachments. It is not necessary for all the brakes on a bicycle to be equipped with self-reinforcing brakes, but only the brakes that are required can be fitted according to the rider's wishes.

Die Anwendung dieser selbstverstärkenden Bremsanordnung ist nicht nur auf Fahrräder gleich welcher Anwendung wie Rennräder, Mountain Bikes und dergleichen eingeschränkt sondern erstreckt sich auf erheblich größere Bereiche wie bw. Mofas, leichte Motorräder, generell auch auf Fahrzeuge mit Spielcharakter wie Gokarts, Elektroautos und dergleichen, bei welchen von Kindern nur geringe Bremskräfte aufgebracht werden können. Hier läßt sich das Bremssystem erfindungsgemäß zusätzlich auf bw. kleine mitlaufende Fliehgewichte übertragen und so ein sicheres Abbremsen problemlos erreichen und bw. dadurch, daß im fahrenden Zustand die Bremsklötze von Elektromagneten gegen Federn angezogen werden und ein Abstellen. Ausfall des Antriebs zu einem selbsttätigen, selbstverstärkenden Abbremsen führt. Dieses Prinzip läßt sich auch auf andere elektrischen Antriebe übertragen, wie bw. auf Sägen und dergleichen. Hier sind maximale Zeiten bis zum Stillstand bw. eines Sägeblattes gesetzlich vorgeschrieben. Dies verhindert jedoch nicht, daß sich das Sägeblatt im ausgeschalteten Zustand des Motors von Hand durchdrehen läßt. Die übertragung des selbstverstärkenden Bremssystems auf diesen Anwendungsfall würde bei nur geringster Bewegung des Blattes ein Blockieren herbeiführen, welches erst im eingeschalteten Zustand durch Anziehen der Elektromagnete aufgehoben würde. Die Betriebssicherheit würde gerade gegen den Eingriff von Kindern erheblich gesteigert werden. Diese angeführten Beispiele der Anwendung der erTindungsgemäßen selbstverstärkenden Bremse sind nur ein'vteil der denkbar möglichen und nicht nur auf sie beschränkt;»-'. &tgr; The use of this self-reinforcing brake arrangement is not only limited to bicycles of any kind, such as racing bikes, mountain bikes and the like, but extends to much larger areas such as mopeds, light motorcycles, and generally also to vehicles with a toy character such as go-karts, electric cars and the like, where children can only apply low braking forces. Here, according to the invention, the braking system can also be transferred to small rotating centrifugal weights, thus achieving safe braking without any problems and because the brake blocks are pulled against springs by electromagnets when the vehicle is moving, and switching off or the failure of the drive leads to automatic, self-reinforcing braking. This principle can also be transferred to other electric drives, such as saws and the like. In these cases, maximum times until a saw blade comes to a standstill are prescribed by law. However, this does not prevent the saw blade from being turned by hand when the motor is switched off. Transferring the self-reinforcing brake system to this application would cause a blockage at even the slightest movement of the blade, which would only be released when the system was switched on by the attraction of the electromagnets. The operational safety would be significantly increased, particularly against intervention by children . These examples of the use of the self-reinforcing brake according to the invention are only a part of the conceivable possible ones and are not limited to them.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Bremse mit selbstverstärkender Wirkung kann man an einem Fahrrad überprüfen. Die Felgenbremse des Hinterrads eines Fahrrads wurde mit der erfindungsgemäßen Bremse nachgerüstet, indem die Halterung mit Gelenk und Gestänge an den entsprechenden Holmen montiert und über eine drehbare Schraubverbindung mit dem Langloch zur Führung der Bremsbacken verbunden wurde. Der entsprechende Winkel war auf 45 Grad eingestellt. Vergleichsweise wurde das gleiche Fahrrad mit gelöstem Gestänge - also in herkömmlicher Anwendung benutzt, um die Wirkungsweise beider Anordnungen zu bewerten. Ohne erfindungsgemäße, selbstverstärkende Wirkung wurde ein erheblich längerer - von über 40 % - Bremsweg bei gleicher Versuchsperson, Weglänge, Stracke und Fahrgeschwindigkeit erhalten. Mit selbstverstärkender Wirkung war es immer möglich, das gebremste Rad zum Blockieren zu bringen.The effectiveness of the self-reinforcing brake according to the invention can be tested on a bicycle. The rim brake of the rear wheel of a bicycle was retrofitted with the brake according to the invention by mounting the bracket with joint and rods on the corresponding bars and connecting them to the slot for guiding the brake shoes via a rotating screw connection. The corresponding angle was set to 45 degrees. For comparison, the same bicycle was used with the rods removed - i.e. in conventional use - in order to evaluate the effectiveness of both arrangements. Without the self-reinforcing effect according to the invention, a considerably longer braking distance - over 40 % - was achieved with the same test person, distance, track and driving speed. With the self-reinforcing effect, it was always possible to lock the braked wheel .

Eine besonders überraschende Wirkung wurde beim Bremsen mit naßer Felge beobachtet: auch hier war ein Blockieren möglich, d.h. eine ausgezeichnete Bremswirkung erreichbar. Dieses zwangsweise ohne Kraftanstrengung herbeigeführte Blockieren des Rades wurde nur herbeigeführt, um überzeugend die Wirkung des selbstverstärkenden Bremssystems zu beschreiben; im verkehrssicheren Betrieb ist ein Blockieren natürlich zu vermeiden.A particularly surprising effect was observed when braking with a wet rim: here too, locking was possible, i.e. an excellent braking effect was achievable. This forced locking of the wheel without any effort was only brought about in order to convincingly describe the effect of the self-reinforcing braking system; in safe traffic operation, locking is of course to be avoided.

Claims

1. ^Braking device for wheels^ in particular for bicycles, characterized in that the braking effect is self-reinforcing.

2.) Braking device according to claim 1, characterized in that it consists of operating lever, Bowden cable or rod, two rotatable brake levers with brake shoes and return spring and play of the brake levers in the pivot point in the direction of movement of the wheel, necessary adjustment and fastening devices and an adjustable, rotatable rod.

3.) Braking devices according to claim 1, characterized in that an existing conventional, non-self-reinforcing brake with a rotatable, adjustable rod is movably attached on the one hand to the bar or fork tube and on the other hand to the brake shoes and the pivot point of the brake lever is widened by drilling, milling or filing or is provided with a corresponding guide sleeve.

4.) Braking devices according to claim 1, characterized in that the brake shoes are connected to a rod 5 which is rotatably attached to the frame and, when the brake is actuated, presses the brake shoes in a tangential path onto the surface to be braked, the pivot point 3 allowing this movement of the brake lever.

5.) Braking device according to claim 1, characterized in that the braking device is provided both on all wheels and only on the front or rear wheel.

6.) Bromine device according to claim 2, characterized in that the angle ei is less than 90°.

7.) Braking device according to claim 2, characterized in that the angle OC is less than 60°.

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8.) Brake device according to claim 2, characterized in that the rod is attached to the bar or fork tube via a hinge, joint, whereby the connection can be cast, welded, soldered, glued or clamped.

9.) Braking devices according to claim 2, characterized in that the brake pads are kept open hydraulically, pneumatically or by electromagnets.

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