WO2009077331A1 - Reibungsbremse - Google Patents

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WO2009077331A1
WO2009077331A1 PCT/EP2008/066717 EP2008066717W WO2009077331A1 WO 2009077331 A1 WO2009077331 A1 WO 2009077331A1 EP 2008066717 W EP2008066717 W EP 2008066717W WO 2009077331 A1 WO2009077331 A1 WO 2009077331A1
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brake
friction
friction brake
force
lining
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PCT/EP2008/066717
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Inventor
Dietmar Baumann
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/14Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position
    • F16D65/16Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake
    • F16D65/18Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for drawing members together, e.g. for disc brakes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60TVEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/32Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
    • B60T8/52Torque sensing, i.e. wherein the braking action is controlled by forces producing or tending to produce a twisting or rotating motion on a braked rotating member
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D2127/08Self-amplifying or de-amplifying mechanisms
    • F16D2127/085Self-amplifying or de-amplifying mechanisms having additional fluid pressure elements
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    • F16D2127/00Auxiliary mechanisms
    • F16D2127/08Self-amplifying or de-amplifying mechanisms
    • F16D2127/10Self-amplifying or de-amplifying mechanisms having wedging elements

Definitions

  • the invention relates to a friction brake according to the preamble of claim 1.
  • the friction brake is provided in particular as a wheel brake for a motor vehicle and in particular in the form of a disc brake.
  • the invention is not limited to a disc brake, but may also have other designs such as a drum brake. Although the invention is explained below for the sake of easier understanding with reference to a disc brake, it should therefore not be limited to this design.
  • Friction brakes as wheel brakes of a motor vehicle are common as drum brakes and disc brakes. They have a friction brake lining, which can be pressed for brake actuation with an actuating device against a rotatable and to be braked brake body.
  • the brake body is a brake drum
  • the brake body is a brake disc.
  • the actuator is also referred to as an actuator. Hydraulic disc brakes can be considered as today's conventional brake design of passenger cars and motorcycles.
  • Their hydraulic actuator has a hydraulically pressurizable brake piston which is slidably received in a cylinder bore of a brake caliper normal to a brake disc and presses a friction brake pad against the brake disc upon pressurization, whereby the brake disc is braked.
  • vacuum brake booster which are arranged centrally on the master cylinder and not decentralized to the wheel brakes. They reinforce a muscle force exerted by a driver.
  • the clamping force is the force with which the friction brake pad is pressed normal against the brake body against this.
  • the clamping force is not proportional to a frictional force or a frictional torque with which the friction brake lining brakes the rotating brake body.
  • the frictional torque is the friction force proportional to the radius, ie the distance of the (mathematical centroid of the) friction brake lining from a rotational axis of the brake body as a proportionality factor.
  • the friction brake according to the invention with the features of claim 1 has a device for determining a friction force or a friction torque of the friction brake.
  • a friction force or a friction torque of the friction brake As a result, the frictional force or the frictional torque and thus, in the end, a braking force generated by the friction brake can be regulated to a desired value even if the coefficient of friction between the friction brake lining and the brake body changes.
  • the setpoint is specified in particular by muscle power of a vehicle driver, for example via a (foot) brake pedal or a (hand) brake lever as a setpoint generator. It is therefore not the clamping force with which the friction brake pad is pressed against the brake body, regulated, wherein the friction force and the friction torque change when the friction coefficient changes, but with the invention, the friction force or the friction torque can be controlled.
  • Hydraulically operated brake which is shortened also referred to as a hydraulic brake.
  • Claim 2 provides a measurement of the circumferential force, which exerts the rotating brake body with actuated friction brake on the pressed against him friction brake lining.
  • a supporting force of the friction brake lining can be measured against co-movement with the rotating brake body.
  • the circumferential force corresponds to the desired frictional force of the friction brake, so it is measured directly or the desired size to be controlled in itself.
  • the measurement of the circumferential force presupposes that the friction brake lining is held or mounted without friction in the direction of rotation of the brake body or at least with low friction.
  • claim 4 provides an indirect determination of the frictional force or the frictional torque.
  • the self-energizing friction brake has a self-boosting device, which is a Friction force exerted by the rotating brake body with actuated friction brake on the friction brake lining pressed against it, converted into a pressing force which presses the friction brake lining in addition to an actuating force exerted by the actuating force against the brake body. Both forces together, that is, the actuating force exerted by the actuator and the pressure exerted by the self-energizing force press the friction brake pad against the brake body, the sum of the two forces is the clamping force with which the friction brake pad is pressed against the brake body.
  • the self-boosting device increases the braking force of the friction brake.
  • a movement of the friction brake lining takes place in the direction of rotation of the brake body. It is this way and the operating force exerted by the actuator on the friction brake pad, measured. From their ratio, the coefficient of friction between the friction brake lining and the brake body can be determined. If the coefficient of friction is low, the friction brake lining shifts less far in the direction of rotation of the brake body during a braking operation than when the friction coefficient is high.
  • the coefficient of friction that can be determined or determined in this way multiplied by the clamping force is the desired friction force of the friction brake.
  • the indirect determination of the frictional force or the frictional torque of the friction brake lends itself when the direct measurement of the circumferential force is not possible or expensive.
  • replacement variables can be measured which are in a non-mandatory linear relationship with the actuating force and the path of the friction brake lining.
  • a substitute force for the actuating force for example, the wheel brake pressure at a hydraulic, ie a hydraulic actuator having friction brake or the elastic expansion of the caliper of a disc brake or other elastic, caused by actuation of the friction brake deformation measured and from them the frictional force or friction torque of the friction brake to calculate.
  • the Advantage to measure and / or control the friction force or the friction torque of the friction brake to measure the wheel brake, ie the hydraulic pressure acting on the brake piston, provides only a friction brake, which has a hydraulic actuator, which is also referred to as a hydraulic or hydraulically operated friction brake ,
  • the invention is based on the idea of measuring two variables of the friction brake, one of which is independent of the coefficient of friction whereas the other variable is dependent on the coefficient of friction between the brake body and the friction brake lining. From the ratio of the two variables, the friction coefficient can be determined; instead of being calculated, the dependence of the friction coefficient on the two variables may also be determined experimentally.
  • Claim 5 provides a mechanical self-energizing device.
  • ramps or wedge mechanisms are known in which the friction brake lining in the direction of rotation of the brake body along a ramp or the like is displaceable, at which it is supported.
  • the ramp is an obliquely extending at an angle to the brake disc support surface, which does not necessarily have to be flat, but can also be curved.
  • a wedge is a special or limiting case of a ramp with a flat support surface.
  • a wedge has over its entire length the same wedge angle to the brake body and thus a constant self-boosting. In the case of an arched ramp, the ramp angle can become sharper to the brake body with increasing displacement of the friction brake lining.
  • Claim 6 provides a hydraulic self-boosting device.
  • a hydraulic self-reinforcement it is known to support the friction brake lining with an auxiliary piston in the circumferential direction against rotation with the brake body.
  • the auxiliary piston generates a hydraulic pressure, which is transmitted to a booster piston, which acts on the friction brake lining as the brake piston of a hydraulic friction brake.
  • the invention is not limited to the explained self-reinforcing devices.
  • the hydraulic pressure caused by the auxiliary piston can be measured to determine the frictional force or the frictional torque; the hydraulic pressure of the auxiliary piston is proportional to the friction force. This is the subject of claim 7.
  • the self-boosting device can be force or wegverorgnd (An-claims 8 and 9).
  • the invention for a disc brake preferably a Sectionbelaginnbremse provided (claim 10).
  • the friction brake pad or pads of a partial lining disc brake extend only a limited distance in the circumferential direction of the brake disc, thus covering only one Fraction of the circumference of the brake disc from.
  • the partial lining disc brake has advantages with regard to the cooling of the brake disc.
  • So-called electro-hydraulic vehicle brake systems in which the brake pressure is generated by a hydraulic pump and stored in a hydraulic accumulator, are known as separating pistons.
  • the separating pistons are cylinder-piston units, one piston side of which is acted upon by the pressure generated by the hydraulic pump and the other piston side of which pressurize the wheel brakes. That is, the separating pistons transmit the hydraulic pressure of the hydraulic pump to the wheel brakes, but separate the brake fluid of the wheel brakes from the brake fluid in the rest of the vehicle brake system. This prevents air bubbles from being conveyed to the wheel brakes.
  • the path of the separating piston can be measured as a substitute size.
  • the volume of brake fluid or the like conveyed to the wheel brakes can form a substitute variable for a determination according to the invention of the friction force or the friction torque of the friction brake.
  • Figure 1 shows a first embodiment of an inventive
  • FIG. 2 shows a way-amplifying variant of the friction brake from FIG. 1 according to the invention
  • FIG. 3 shows a disk brake according to the invention with hydraulic, force-amplifying self-reinforcement in a sectional illustration corresponding to FIG. 1;
  • Figure 4 shows a variant of the disc brake according to the invention of Figure 3 with wegverorgnder hydraulic self-boosting.
  • the disc brake 1 shown in Figure 1 is a friction brake according to the invention, it is as a wheel brake of a vehicle, in particular a motor vehicle or motorcycle provided.
  • the disc brake 1 has a brake caliper 2 in which friction brake linings 4, 5 are arranged on both sides of a brake disc 3.
  • the friction brake lining 4 shown on the left in FIG. 1 lies immovably in the brake caliper 2, it will also be referred to below as a fixed friction brake lining 4.
  • the other friction brake lining 5 shown on the right in FIG. 1 is movable transversely to and in the circumferential direction (ie in the direction of rotation) of the brake disk 3. He will be referred to below as a movable friction brake pad 5.
  • the brake disk 3 forms a brake body of the disk brake 1.
  • the caliper 2 is guided displaceably transversely to the brake disk 3, that is to say a so-called floating caliper.
  • the sliding guide is not shown.
  • the disc brake 1 has a hydraulic actuator 6 with a brake piston 7, which is received in a cylinder bore 8 of the caliper 2 and transversely to the brake disc 3 is displaceable.
  • the brake piston 7 presses the movable friction brake pad 5 against the one side of the brake disk 3 by means of a plunger 9.
  • a reaction force displaces the caliper 2 designed as a floating caliper transversely to the brake disk 3, so that the brake caliper 2 presses the fixed friction brake lining 4 against the other side of the brake disc 3 and the brake disc 3 is braked with two Reibbremsbelägen 4, 5.
  • the brake operation is common as in conventional disc brakes.
  • the movable friction brake lining 5 On a rear side facing away from the brake disk 3, the movable friction brake lining 5 has a double wedge body 10 with two wedge surfaces 11 on a rear side facing away from the brake disk 3.
  • the wedge surfaces 11 extend obliquely in a wedge angle to the brake disc 3.
  • the slopes of the wedge surfaces 11 are opposite to each other, the wedge angle can be the same or different sizes.
  • the wedge surfaces 11 are supported on inclined surfaces 12 of an abutment 13, which is fixedly arranged in the caliper 2.
  • the inclined surfaces 12 of the abutment 13 extend parallel to the respective associated wedge surface 1 1 of the double wedge 10.
  • cylindrical or tapered rollers 14 are arranged as rolling elements.
  • the friction brake lining 5 is thus obliquely displaceable in both directions of rotation of the brake disc 3.
  • the displacement movement can be a straight movement in the direction of a chord to the brake disc 3 and at the same time in the wedge angle obliquely to the brake disc 3.
  • the movement of the movable Reibbremsbelags 5 can also take place along a helical path, whose axis with a Rotary axis of the brake disc 3 coincides.
  • the wedge surfaces 11 and the inclined surfaces 12 are in this, in per se preferred case, helical paths.
  • the brake disk 3 exerts a frictional force on the movable friction brake lining 5, which covers the friction brake lining 5 along one of the two inclined surfaces 12 of the abutment 13 in the caliper 2 shifts.
  • the friction brake pad 5 thus moves obliquely or on a helical path on the brake disc 3.
  • the rotating brake disc 3 acts on the movable friction brake pad 5 in a narrowing wedge gap between the respective inclined surface 12 of the abutment 13 and the brake disc 3.
  • the support of the friction brake pad 5 with one of the two wedge surfaces 11 of the double wedge 10 causes the associated inclined surface 12 of the abutment 13 a supporting force perpendicular to the inclined surface 12 on the double wedge body 10 and thus on the friction brake lining 5.
  • the supporting force has a component perpendicular to the brake disc 3, the force is applied to the friction brake pad 5 in addition to a force exerted by the actuator 6 Actuate u ngs force against the brake disc 3.
  • a clamping force of the disc brake 1, with which the friction brake lining 5 is pressed against the brake disc 3, is thereby increased, the disc brake 1 has a self-reinforcing.
  • the double wedge body 10 with the wedge surfaces 11 and the abutment 13 with the inclined surfaces 12 form a mechanical self-energizing device 15 of the disc brake 1.
  • the friction brake pad 5 always moves in the direction of rotation of the brake disc 3 respectively along the corresponding inclined surface 12.
  • the self-reinforcing is in both directions of rotation of the brake disc 3 effective. By different wedge angle, the amount of self-reinforcing for both directions of rotation of the brake disc 3 may be different.
  • the abutment 13 is movable in the circumferential direction of the brake disc 3 in the brake caliper 2 and is supported via a force sensor 16 in the circumferential direction.
  • the force sensor 16 measures compressive and tensile forces. If the force sensor 16 only measures pressure forces, a second sensor on the opposite side of the abutment 13 is required.
  • the frictional force exerted by the rotating brake disc 3 when the disc brake 1 is actuated on the movable friction brake pad 5 pressed against it is supported exclusively by the abutment 13.
  • the circumferential force ie the frictional force acting in the circumferential direction, is transmitted in its entirety to the abutment 13 and measured with the force sensor 16.
  • the force sensor 16 measures (apart from friction losses) ultimately the frictional force exerted by the brake disk 3 on the friction brake pad 5 and thus half the braking force with which the disk brake 1 brakes the brake disk 3. Half because of the fact that the frictional force acts at the same height on the movable friction brake lining 5 and 4.
  • the force sensor 16 Since the friction torque of the disc brake 1 calculated by multiplying the friction force with the effective friction radius, ie the distance of the friction brake pad 5 from the axis of rotation of the brake disc 3, the force sensor 16 also forms a means for determining the friction torque of the disc brake 1 or at least part of a such device.
  • the invention provides a measurement of other variables and the determination of the frictional force from the measured quantities:
  • a pressure sensor 17 the hydraulic pressure is measured, the Applied brake piston 7. This is proportional to the actuation force with which the actuator 6 presses the movable friction brake pad 5 against the brake disc 3; Proportionality factor is the piston surface of the brake piston 7.
  • is the wedge angle
  • p is the hydraulic pressure acting on the brake piston 7
  • s is the displacement path of the friction brake lining 5 along the inclined surface 12 of the abutment 13
  • a K is the piston surface of the brake piston 7
  • c ⁇ rs is an overall spring rate of the disk brake 1.
  • the reciprocal of the total spring rate c ⁇ rs is the sum of the reciprocal of the spring rate c Sa of the caliper 2 and the reciprocal of the spring rate c B of the friction brake linings 4, 5.
  • replacement variables which are related to the two variables.
  • two variables must be measured, one of which is not dependent on the coefficient of friction ⁇ between the brake disk 3 and the friction brake lining 5 and the other of which depends on the coefficient of friction ⁇ .
  • the relationship between the displacement and the hydraulic pressure and the respective substitute size need not be linear and normally not known to be the ratio of two of the two Size and thus ultimately the frictional force of the disc brake 1 to regulate.
  • Replacement variables for the hydraulic pressure may be the actuating force exerted by the actuating device 6 on the friction brake lining 5, which can be measured with a force sensor 19.
  • Replacement variables for the displacement of the friction brake lining 5 can be a displacement of the brake piston 7, which is measurable with a displacement sensor 20, the clamping force with which the two friction brake pads 4, 5 press against the brake disc 3 and the except on the movable friction brake lining 5 also on the fixed friction brake lining 4th with a force sensor 21 or with a force sensor 22 on the abutment 13 can be measured, or an elastic expansion of the caliper 2, which is dependent on the clamping force to be.
  • the elastic widening or at least a measure of the elastic widening of the caliper 1 is measurable, for example, with a strain gauge 23 which is glued in a yoke region of the caliper 2, with which the brake caliper 2 engages over the brake disc 3 at its outer edge. If the coefficient of friction ⁇ is greater, the friction force exerted by the rotating brake disk 3 on the movable friction brake lining 5 pressed against it and thus the displacement of the friction brake lining 5 are greater.
  • the greater displacement of the friction brake pad 5 increases the clamping force of the disc brake 1 and the elastic widening of the caliper 2, so that from one of these values in conjunction with, for example, the hydraulic pressure of the friction coefficient ⁇ , the friction force and the friction torque of the disc brake 1 can be determined and thus the friction - And braking force of the disc brake 1 are adjustable. It only need two values are measured, for example, the hydraulic pressure with the pressure sensor 17 or instead as a substitute size, the actuating force with the force sensor 19 and either the displacement of the friction brake pad 5 with the displacement sensor 18 or the clamping force with one of the force sensors 21, 22, the Piston stroke with the displacement sensor 20 or the widening of the caliper 2 with the strain gauge 23. Of the drawn sensors 17-23 so only two required to determine the friction coefficient ⁇ , the friction force and the friction torque.
  • the self-boosting device 15 is force-enhancing, the self-energizing device 15 of the disc brake of Figure 1 of Figure 2 wegverorgnd:
  • a mechanical self-energizing device 15 with a wedge mechanism, the Double wedge body 10 on the back of the friction brake pad 5 and the abutment 13 with the inclined surfaces 12 in the brake caliper 2 comprises.
  • the abutment 13 is slidably guided transversely to the brake disc 3 in the brake caliper 2 and the brake piston 7 acts on the friction brake pad 5 and the double wedge body 10 not directly but indirectly via the abutment 13.
  • the rotating brake disc 3 exerts a frictional force on the depressed against them movable friction brake pad 5 and moves the friction brake pad 5 in the direction of rotation, wherein the friction brake lining 5 moves obliquely along one of the two inclined surfaces 12 toward the brake disk 3.
  • the frictional force can also be measured directly with force sensors in FIG.
  • the force sensor 16 measures the spring or restoring force with which the restoring springs 24 support the friction brake lining 5 in the circumferential direction.
  • Another force sensor 35 measures the supporting force of the abutment 13 in the direction of rotation of the brake disk 3. The circumferential force, ie the frictional force, results as the difference between the two measured forces.
  • the force exerted by the brake piston 7 actuating force can be measured with the force sensor 19. Because the Self-amplifying device 15 in FIG. 2 is reinforcing the path and not reinforcing the force, the actuating force is the same as the clamping force with which the friction brake lining 5 is pressed against the brake disk 3.
  • Another substitute variable for the hydraulic pressure is thus the clamping force that can be measured with the force sensor 21 or the elastic widening of the caliper 2, which can be measured with the strain gauge 23.
  • As a further substitute size also recorded in a brake actuation of the actuator 6 brake fluid volume is used. This can be determined, for example, by measuring the travel of a piston of a master cylinder to which the disc brake 1 is connected.
  • the disc brake 1 according to the invention from FIG. 3 has a hydraulic self-boosting device 15.
  • the wedge mechanism is eliminated.
  • the disk brake 1 from FIG. 3 has the fixed friction brake lining 4 and the movable friction brake lining 5.
  • the friction brake pad 5 can be pressed with the brake piston 7 against a brake disc 3.
  • the movable in the circumferential direction Radbremsbelag 5 is supported via plunger 25 to auxiliary piston 26 in the circumferential direction of the brake disc 3, which are parallel to the brake disc 3 displaced. Only the auxiliary piston 26 to which the friction brake lining 5 moves moves in each case.
  • the other auxiliary piston 26, from which the friction brake pad 5 moves away, is held by a stop 27.
  • booster piston 29 is formed as an annular piston which surrounds the brake piston 7 concentrically. This refinement allows centric loading of the friction brake lining 5 both with the brake piston 7 and with the intensifier piston 29. This training and application However, order of the brake piston 7 and the booster piston 29 is not mandatory.
  • the brake piston 7 and the booster piston 29 act on the movable friction brake pad 5 via a common pressure plate 30, which adds the piston forces mechanically, so to speak. It could also be a stepped piston can be used, the central surface is hydraulically separated from its annular surface, wherein the central surface of a master cylinder and the annular surface of the auxiliary piston 26 or vice versa is applied (not shown).
  • the brake disk 3 acts on the friction brake lining 5 in its direction of rotation.
  • the movable friction brake pad 5 displaces one of the two auxiliary pistons 26, which generates a hydraulic pressure which acts on the booster piston 29 via the connecting channel 28. In this way, the friction brake pad 5 is additionally pressed by the booster piston 29 against the brake disc 3.
  • the braking force is increased.
  • the height of the brake booster is determined by the ratio of the piston surfaces of the auxiliary piston 26 and the booster piston 29.
  • the hydraulic self-energizing device 15 is force-enhancing.
  • the circumferential force of the movable friction brake lining 5 and thus the frictional force of the disc brake 1 can be determined by measuring the pressure of the auxiliary piston 26. In the drawing, this pressure is measured with the pressure sensor 31.
  • This possibility of determining the frictional force of the disc brake 1 is a peculiarity of the hydraulic, self-reinforcing acting self-boosting, the mechanical self-reinforcing devices or wegvertownnde self-reinforcing devices do not offer.
  • the disk brake 1 from FIG. 4 like the disk brake 1 from FIG. 3, has a hydraulic self-boosting device 15, which, however, is not designed to force but to reinforce the path.
  • the auxiliary piston 26 are based on return springs 24, so that the movable friction brake pad 5 so far shifted with actuated disc brake 1 until the return force (spring force of the return springs 24) acting on the auxiliary piston 26 compressive force and the frictional force between the brake disc and the friction brake pad 5 are in equilibrium.
  • the auxiliary piston 26 communicate with the brake piston 7, the booster piston 29 is omitted.
  • the pressure acting on the brake piston 7 and the auxiliary pistons 26 is that of, for example, a master brake cylinder
  • Auxiliary piston 26 displaced brake fluid volume is in addition to the displaced by the master cylinder 32 brake fluid volume available, whereby the delivery of the brake piston 7 and thus the friction brake pad 5 increases.
  • a pressure measurement on the auxiliary piston 26 for determining the friction coefficient and the frictional force is not possible in the way reinforcing self-boosting device 15 of Figure 4, because the same hydraulic pressure prevails on the auxiliary piston 26 as in the master cylinder 32.
  • the force sensor 16 is again provided.
  • the circumferential force is as large as the frictional force of the disc brake. 1
  • the brake fluid volume displaced by the auxiliary piston 26 is larger with a larger coefficient of friction ⁇ . That is, for the construction of a certain hydraulic pressure, a shorter displacement of the piston of the master cylinder 32 and thus a shorter distance of a brake pedal, measured with the displacement sensor 34 is necessary.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Scheibenbremse (1) mit einer mechanischen oder hydraulischen Selbstverstärkungseinrichtung (15). Zur Ermittlung der Reibkraft oder zur Regelung der Bremskraft schlägt die Erfindung die Messung einer Umfangskraft mit einem Kraftsensor (16) oder die Messung eines Verschiebewegs eines Reibbremsbelags (5) und beispielsweise des Hydraulikdrucks vor, aus denen sich der Reibungskoeffizient und die Reibkraft ermitteln lassen. Als Ersatzgrößen für den Verschiebeweg und den Druck können beispielsweise auch die Spannkraft der Scheibenbremse (1) oder eine elastische Aufweitung eines Bremssattels (2) gemessen werden.

Description

Reibungsbremse
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Reibungsbremse gemäß der Gattung des Anspruchs 1. Die Reibungsbremse ist insbesondere als Radbremse für ein Kraftfahrzeug und insbesondere in Bauform einer Scheibenbremse vorgesehen. Allerdings ist die Erfindung nicht auf eine Scheibenbremse beschränkt, sondern kann auch andere Bauformen aufweisen wie beispielsweise eine Trommelbremse. Auch wenn die Erfindung nachfolgend des einfacheren Verständnis wegen anhand einer Scheibenbremse erläutert wird soll sie deswegen nicht auf diese Bauform beschränkt sein.
Stand der Technik
Reibungsbremsen als Radbremsen eines Kraftwagens sind als Trommelbremsen und als Scheibenbremsen üblich. Sie weisen einen Reibbremsbelag auf, der zur Bremsbetätigung mit einer Betätigungseinrichtung gegen einen drehbaren und zu bremsenden Bremskörper drückbar sind. Im Falle einer Trommelbremse ist der Bremskörper eine Bremstrommel, im Falle einer Scheibenbremse ist der Bremskörper eine Bremsscheibe. Die Betätigungseinrichtung wird auch als Aktuator bezeichnet. Hydraulische Scheibenbremsen können als heutzutage übliche Bremsenbauform von Personenkraftwagen und Krafträdern angesehen werden. Deren hydraulische Betätigungseinrichtung weist einen hydraulisch druckbeaufschlagbaren Bremskolben auf, der normal zu einer Bremsscheibe verschieblich in einer Zylinderbohrung eines Brems- sattels aufgenommen ist und bei Druckbeaufschlagung einen Reibbremsbelag gegen die Bremsscheibe drückt, wodurch die Bremsscheibe gebremst wird.
Zur Verstärkung der Bremskraft hydraulischer Bremsen sind Unterdruckbremskraftverstärker bekannt, die zentral am Hauptbremszylinder und nicht dezentral an den Radbremsen angeordnet sind. Sie verstärken eine von einem Fahrzeugführer ausgeübte Muskelkraft.
Es ist denkbar, zur Regelung einer Spannkraft der Reibungsbremse den hydraulischen Druck der Betätigungseinrichtung zu messen und zu regeln. Die Spannkraft ist die Kraft mit der der Reibbremsbelag normal zum Bremskörper gegen diesen gedrückt wird.
Allerdings ist die Spannkraft nicht einer Reibkraft oder einem Reibmoment proportional, mit dem der Reibbremsbelag den drehenden Bremskörper bremst. Als Faktor kommt der Reibungskoeffizient zwischen dem Reibbremsbelag und dem Bremskörper dazu, der von Bedingungen wie Temperatur, Nässe und Schmutz abhängig ist und im Betrieb schwankt. Das Reibmoment ist der Reibkraft proportional mit dem Radius, also dem Abstand des (mathematischen Flächenschwerpunkts des) Reibbremsbelags von einer Drehachse des Bremskörpers als Proportionalitätsfaktor.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Reibungsbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist eine Einrichtung zur Ermittlung einer Reibkraft oder eines Reibmoments der Reibungsbremse auf. Dadurch lässt sich die Reibkraft oder das Reib- moment und damit letzten Endes eine mit der Reibungsbremse erzeugte Bremskraft auf einen Sollwert regeln auch wenn der Reibungskoeffizient zwischen dem Reibbremsbelag und dem Bremskörper sich ändert. Der Sollwert wird insbesondere durch Muskelkraft eines Fahrzeugführers beispielsweise über ein (Fuß-) Bremspedal oder einen (Hand-) Bremshebel als Sollwertgeber vorgegeben. Es wird also nicht die Spannkraft, mit der der Reibbremsbelag gegen den Bremskörper gedrückt wird, geregelt, wobei sich die Reibkraft und das Reibmoment ändern, wenn sich der Reibkoeffizient ändert, sondern mit der Erfindung können die Reibkraft oder das Reibmoment geregelt werden.
Des weiteren weist die erfindungsgemäße Reibungsbremse eine hydraulische Betätigungseinrichtung auf, es handelt sich also um eine sog. Hydraulisch betätigte Bremse, die verkürzend auch als hydraulische Bremse bezeichnet wird.
Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung an.
Anspruch 2 sieht eine Messung der Umfangskraft vor, die der drehende Bremskörper bei betätigter Reibungsbremse auf den gegen ihn gedrückten Reib- bremsbelag ausübt. Als Umfangskraft kann eine Abstützkraft des Reibbremsbelags gegen Mitbewegung mit dem drehenden Bremskörper gemessen werden. Die Umfangskraft entspricht der gewünschten Reibkraft der Reibungsbremse, es wird also die gewünschte bzw. zu regelnde Größe an sich direkt gemessen. Die Messung der Umfangskraft setzt allerdings voraus, dass der Reibbremsbelag in Drehrichtung des Bremskörpers reibungsfrei oder jedenfalls reibungsarm gehalten oder gelagert ist. Drückt, wie bei hydraulischen Scheibenbremsen üblich, der Bremskolben unmittelbar gegen eine der Bremsscheibe abgewandte Rückseite des Reibbremsbelags, ist aufgrund der Reibung zwischen dem Bremskolben und dem Reibbremsbelag die Messung der Umfangskraft am Reibbremsbelag nicht möglich.
Für eine selbstverstärkende Reibungsbremse sieht Anspruch 4 eine indirekte Ermittlung der Reibkraft oder des Reibmoments vor. Die selbstverstärkende Reibungsbremse weist eine Selbstverstärkungseinrichtung auf, die eine Reibkraft, die der drehende Bremskörper bei betätigter Reibungsbremse auf den gegen ihn gedrückten Reibbremsbelag ausübt, in eine Andruckkraft wandelt, die den Reibbremsbelag zusätzlich zu einer von der Betätigungseinrichtung ausgeübten Betätigungskraft gegen den Bremskörper drückt. Beide Kräfte zusammen, also die von der Betätigungseinrichtung ausgeübte Betätigungskraft und die von der Selbstverstärkungseinrichtung bewirkte Andruckkraft drücken den Reibbremsbelag gegen den Bremskörper, die Summe der beiden Kräfte ist die Spannkraft, mit der der Reibbremsbelag insgesamt gegen den Bremskörper gedrückt wird. Die Selbstverstärkungseinrichtung er- höht die Bremskraft der Reibungsbremse. Bei selbstverstärkenden Bremsen findet eine Bewegung des Reibbremsbelags in Drehrichtung des Bremskörpers statt. Es werden dieser Weg und die Betätigungskraft, die die Betätigungseinrichtung auf den Reibbremsbelag ausübt, gemessen. Aus ihrem Verhältnis lässt sich der Reibungskoeffizient zwischen dem Reibbremsbelag und dem Bremskörper ermitteln: Ist der Reibungskoeffizient niedrig, verschiebt sich der Reibbremsbelag bei einer Bremsbetätigung weniger weit in Drehrichtung des Bremskörpers als wenn der Reibungskoeffizient hoch ist. Der auf diese Weise ermittelbare oder ermittelte Reibwert multipliziert mit der Spannkraft ist die gewünschte Reibkraft der Reibungsbremse. Die indirekte Ermittlung der Reibkraft oder des Reibmoments der Reibungsbremse bietet sich an, wenn die direkte Messung der Umfangskraft nicht möglich oder aufwendig ist. Anstelle der Betätigungskraft und des Wegs, um den sich der Reibbremsbelag bei Betätigung der Reibungsbremse in Drehrichtung des Bremskörpers bewegt, können Ersatzgrößen gemessen werden, die mit der Betätigungskraft und dem Weg des Reibbremsbelags in einer -nicht zwingend linearen- Beziehung stehen. Als Ersatzkraft für die Betätigungskraft können beispielsweise der Radbremsdruck bei einer hydraulischen, d.h. eine hydraulische Betätigungseinrichtung aufweisenden Reibungsbremse oder die elastische Aufweitung des Bremssattels einer Scheibenbremse bzw. eine sonstige elastische, durch Betätigung der Reibungsbremse bewirkte Verformung gemessen und aus ihnen die Reibkraft oder das Reibmoment der Reibungsbremse berechnen. Den Vorteil, zur Ermittlung und/oder Regelung der Reibkraft oder des Reibmoments der Reibungsbremse den Radbremsdruck, also den den Bremskolben beaufschlagenden hydraulischen Druck, zu messen, bietet nur eine Reibungsbremse, die eine hydraulische Betätigungseinrichtung aufweist, die auch als hydraulische oder hydraulisch betätigte Reibungsbremse bezeichnet wird. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zwei Größen der Reibungsbremse zu messen, deren eine unabhängig vom Reibungskoeffizienten ist wogegen die andere Größe vom Reibungskoeffizienten zwischen dem Bremskörper und dem Reibbremsbelag abhängig ist. Aus dem Verhältnis der beiden Größen lässt sich der Reibungskoeffizient ermitteln; anstatt berechnet kann die Abhängigkeit des Reibungskoeffizienten von den beiden Größen eventuell auch experimentell ermittelt werden.
Anspruch 5 sieht eine mechanische Selbstverstärkungseinrichtung vor. Zur Selbstverstärkung sind Rampen oder Keilmechanismen bekannt, bei denen der Reibbremsbelag in Drehrichtung des Bremskörpers entlang einer Rampe oder dergleichen verschiebbar ist, an der er sich abstützt. Die Rampe ist eine schräg in einem Winkel zur Bremsscheibe verlaufende Stützfläche, die nicht notwendigerweise eben sein muss, sondern auch gewölbt verlaufen kann. Ein Keil ist ein Spezial- oder Grenzfall einer Rampe mit ebener Stützfläche. Ein Keil weist über seine gesamte Länge denselben Keilwinkel zum Bremskörper und damit eine konstante Selbstverstärkung auf. Bei einer gewölbt verlaufenden Rampe kann der Rampenwinkel mit zunehmender Verschiebung des Reibbremsbelags spitzer zum Bremskörper werden. Dadurch erhöht sich die Selbstverstärkung bei hoher Spann- und Bremskraft. Bei betätigter Reibungsbremse übt der drehende Bremskörper eine Reibungskraft auf den gegen ihn gedrückten Reibbremsbelag aus, die den Reibbremsbelag in einen enger werdenden Spalt zwischen der Rampe und dem Bremskörper beaufschlagt. Durch die Abstützung des Reibbremsbelags an der Rampe schräg zum Bremskörper ergibt sich eine Keilwirkung, die die Andruckkraft zusätzlich zur Betätigungskraft der Betätigungseinrichtung und damit die Erhöhung der Bremskraft bewirkt.
Es sind auch andere mechanische Selbstverstärkungseinrichtungen beispielsweise mit einem oder mehreren schräg zum Bremskörper stehenden Stütz- hebeln bekannt. Die Stützhebel stützen den Reibbremsbelag schräg unter einem Stützwinkel zum Bremskörper ab. Es ist ein mechanisches Analogon zu einem Rampenmechanismus mit dem Stützwinkel anstelle des Rampenwinkels.
Anspruch 6 sieht eine hydraulische Selbstverstärkungseinrichtung vor. Zu einer hydraulischen Selbstverstärkung ist es bekannt, den Reibbremsbelag mit einem Hilfskolben in Umfangsrichtung gegen Mitdrehen mit dem Bremskörper abzustützen. Der Hilfskolben erzeugt einen hydraulischen Druck, der auf einen Verstärkerkolben übertragen wird, welcher den Reibbremsbelag wie der Bremskolben einer hydraulischen Reibungsbremse beaufschlagt. Die Erfindung ist nicht auf die erläuterten Selbstverstärkungseinrichtungen beschränkt. Im Falle einer hydraulischen Selbstverstärkungseinrichtung kann der vom Hilfskolben bewirkte hydraulische Druck zur Ermittlung der Reibkraft oder des Reibmoments gemessen werden; der hydraulische Druck des Hilfskolbens ist der Reibkraft proportional. Das ist Gegenstand des Anspruchs 7.
Die Selbstverstärkungseinrichtung kann kraft- oder wegverstärkend sein (An- Sprüche 8 und 9). Insbesondere ist die Erfindung für eine Scheibenbremse, vorzugsweise eine Teilbelagscheibenbremse vorgesehen (Anspruch 10). Im Unterschied zu einer Vollbelag-Scheibenbremse, bei der sich der oder die Reibbremsbeläge Scheiben- oder ringscheibenförmig über den gesamten Umfang der Bremsscheibe erstrecken, erstrecken sich der oder die Reib- bremsbeläge einer Teilbelagscheibenbremse nur ein begrenztes Stück in Umfangsrichtung der Bremsscheibe, decken also nur eine Bruchteil des Umfangs der Bremsscheibe ab. Die Teilbelagscheibenbremse hat Vorteile hinsichtlich der Kühlung der Bremsscheibe. Bei den wegverstärkenden Selbstverstärkungseinrichtungen kann anstatt des Weges des Bremskolbens als Ersatzgröße auch der Verschiebeweg eines Kolbens eines Hauptbremszylinders gemessen werden. Ist beispielsweise eine wegverstärkende hydraulische Reibungsbremse mit einer konventionellen Reibungsbremse ohne Selbstverstärkung an einen Bremskreis eines Hauptbremszylinders angeschlossen, kann als Ersatzgröße die Verschiebung des sog. Schwimmkolbens des Hauptbremszylinders gemessen werden. Die Differenz der Verschiebung des sog. Stangenkolbens und des Schwimmkolbens des Hauptbremszylinders ist die Ersatzgröße für den anderen Bremskreis einer solchen Fahrzeugbremsanlage.
Von sog. elektrohydraulischen Fahrzeugbremsanlagen, bei denen der Bremsdruck mit einer Hydropumpe erzeugt wird und in einem Hydrospeicher gespeichert wird, sind sog. Trennkolben bekannt. Die Trennkolben sind Zylinder- Kolben-Einheiten, deren eine Kolbenseite von dem mit der Hydropumpe er- zeugten Druck beaufschlagt werden und deren andere Kolbenseite die Radbremsen mit Druck beaufschlagen. D.h., die Trennkolben übertragen den hydraulischen Druck der Hydropumpe zu den Radbremsen, trennen jedoch die Bremsflüssigkeit der Radbremsen von der Bremsflüssigkeit in der übrigen Fahrzeugbremsanlage. Dadurch wird verhindert, dass Luftblasen zu den Rad- bremsen gefördert werden. Bei einer solchen Bremsanlage kann der Weg des Trennkolbens als Ersatzgröße gemessen werden. Auch das zu den Radbremsen geförderte Bremsflüssigkeitsvolumen oder dgl. kann eine Ersatzgröße zu einer erfindungsgemäßen Ermittlung der Reibkraft oder des Reibmoments der Reibungsbremse bilden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Reibungsbremse mit mechanischer, kraftverstärkender Selbstverstärkung in einer Schnittdarstellung, wobei die Schnittebene eine Sekantenebene einer Bremsscheibe ist, mit Blickrichtung radial von außen zur Bremsscheibe;
Figur 2 eine wegverstärkende Variante der Reibungsbremse aus Figur 1 gemäß der Erfindung;
Figur 3 eine Scheibenbremse gemäß der Erfindung mit hydraulischer, kraftverstärkender Selbstverstärkung in einer Figur 1 ent- sprechenden Schnittdarstellung; und
Figur 4 eine erfindungsgemäße Variante der Scheibenbremse aus Figur 3 mit wegverstärkender hydraulischer Selbstverstärkung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in Figur 1 dargestellte Scheibenbremse 1 ist eine Reibungsbremse gemäß der Erfindung, sie ist als Radbremse eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens oder Kraftrads, vorgesehen. Die Scheibenbremse 1 weist einen Bremssattel 2 auf, in dem beiderseits einer Bremsscheibe 3 Reibbremsbeläge 4, 5 angeordnet sind. Der in Figur 1 links dargestellte Reibbremsbelag 4 liegt unbeweglich im Bremssattel 2 ein, er wird nachfolgend auch als fester Reib- bremsbelag 4 bezeichnet werden. Der andere, in Figur 1 rechts dargestellte Reibbremsbelag 5 ist quer zur und in Umfangsrichtung (also in Drehrichtung) der Bremsscheibe 3 beweglich. Er wird nachfolgend auch als beweglicher Reibbremsbelag 5 bezeichnet werden. Die Bremsscheibe 3 bildet einen Bremskörper der Scheibenbremse 1. Der Bremssattel 2 ist quer zur Brems- Scheibe 3 verschiebbar geführt, also ein sog. Schwimmsattel. Die Schiebeführung ist nicht dargestellt. Die Scheibenbremse 1 weist eine hydraulische Betätigungseinrichtung 6 mit einem Bremskolben 7 auf, der in einer Zylinderbohrung 8 des Bremssattels 2 aufgenommen und quer zur Bremsscheibe 3 verschiebbar ist. Über einen Stößel 9 beaufschlagt der Bremskolben 7 den beweglichen Reibbremsbelag 5. Durch hydraulische Druckbeaufschlagung drückt der Bremskolben 7 den beweglichen Reibbremsbelag 5 gegen die eine Seite der Bremsscheibe 3. Eine Reaktionskraft verschiebt den als Schwimmsattel ausgebildeten Bremssattel 2 quer zur Bremsscheibe 3, so dass der Bremssattel 2 den festen Reibbremsbelag 4 gegen die andere Seite der Bremsscheibe 3 drückt und die Brems- Scheibe 3 mit beiden Reibbremsbelägen 4, 5 gebremst wird. Insoweit ist die Bremsbetätigung wie bei herkömmlichen Scheibenbremsen üblich.
Auf einer der Bremsscheibe 3 abgewandten Rückseite weist der bewegliche Reibbremsbelag 5 einen Doppelkeilkörper 10 mit zwei Keilflächen 11 auf einer der Bremsscheibe 3 abgewandten Rückseite auf. Die Keilflächen 11 verlaufen schräg in einem Keilwinkel zur Bremsscheibe 3. Die Steigungen der Keilflächen 11 sind einander entgegengesetzt, die Keilwinkel können gleich oder verschieden groß sein.
Die Keilflächen 11 stützen sich an Schrägflächen 12 eines Widerlagers 13 ab, das im Bremssattel 2 fest angeordnet ist. Die Schrägflächen 12 des Wider- lagers 13 verlaufen parallel zur jeweils zugeordneten Keilfläche 1 1 des Doppelkeils 10. Zur Reibungsminderung sind zwischen den Keilflächen 11 und den Schrägflächen 12 Zylinder- oder Kegelrollen 14 als Wälzkörper angeordnet.
Mit dem Doppelkeil 10 ist der bewegliche Reibbremsbelag 5 entlang der Schrägflächen 12 des Widerlagers 13 verschiebbar. Der Reibbremsbelag 5 ist also in beiden Drehrichtungen der Bremsscheibe 3 schräg auf diese zu verschiebbar. Die Verschiebebewegung kann eine gerade Bewegung in Richtung einer Sehne zur Bremsscheibe 3 und zugleich im Keilwinkel schräg zur Bremsscheibe 3 sein. Die Bewegung des beweglichen Reibbremsbelags 5 kann auch entlang einer Schraubenlinienbahn erfolgen, deren Achse mit einer Drehachse der Bremsscheibe 3 zusammenfällt. Die Keilflächen 11 und die Schrägflächen 12 sind in diesem, an sich bevorzugten Fall, Schraubenbahnen.
Wird zu einer Betätigung der Scheibenbremse 1 der bewegliche Reibbremsbelag 5 vom Bremskolben 7 der Betätigungseinrichtung 6 gegen die Brems- scheibe 3 gedrückt, übt die Bremsscheibe 3 eine Reibkraft auf den beweglichen Reibbremsbelag 5 aus, die den Reibbremsbelag 5 entlang einer der beiden Schrägflächen 12 des Widerlagers 13 im Bremssattel 2 verschiebt. Der Reibbremsbelag 5 bewegt sich also schräg bzw. auf einer Schraubenlinienbahn auf die Bremsscheibe 3 zu. Die drehende Bremsscheibe 3 beaufschlagt den beweglichen Reibbremsbelag 5 in einen enger werdenden Keilspalt zwischen der jeweiligen Schrägfläche 12 des Widerlagers 13 und der Bremsscheibe 3. Die Abstützung des Reibbremsbelags 5 mit einer der beiden Keilflächen 11 des Doppelkeils 10 an der zugeordneten Schrägfläche 12 des Widerlagers 13 bewirkt eine Stützkraft senkrecht zur Schrägfläche 12 auf den Doppelkeilkörper 10 und damit auf den Reibbremsbelag 5. Die Stützkraft weist eine Komponente senkrecht zur Bremsscheibe 3 auf, die den Reibbremsbelag 5 zusätzlich zu einer von der Betätigungseinrichtung 6 ausgeübten Betätig u ngs kraft gegen die Bremsscheibe 3 drückt. Eine Spannkraft der Scheibenbremse 1 , mit der der Reibbremsbelag 5 gegen die Bremsscheibe 3 gedrückt wird, ist dadurch erhöht, die Scheibenbremse 1 weist eine Selbstverstärkung auf. Der Doppelkeilkörper 10 mit den Keilflächen 11 und das Widerlager 13 mit den Schrägflächen 12 bilden eine mechanische Selbstverstärkungseinrichtung 15 der Scheibenbremse 1. Der Reibbremsbelag 5 bewegt sich immer in Drehrichtung der Bremsscheibe 3 jeweils entlang der entsprechenden Schrägfläche 12. Die Selbstverstärkung ist in beiden Drehrichtungen der Bremsscheibe 3 wirksam. Durch verschiedene Keilwinkel kann die Höhe der Selbstverstärkung für beide Drehrichtungen der Bremsscheibe 3 verschieden sein.
Das Widerlager 13 ist in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 3 im Bremssattel 2 beweglich und stützt sich über einen Kraftsensor 16 in Umfangsrichtung ab. Der Kraftsensor 16 misst Druck- und Zugkräfte. Misst der Kraftsensor 16 nur Druckkräfte ist ein zweiter Sensor auf der gegenüberliegenden Seite des Widerlagers 13 erforderlich. Die Reibkraft, die die drehende Bremsscheibe 3 bei betätigter Scheibenbremse 1 auf den gegen sie gedrückten beweglichen Reibbremsbelag 5 ausübt, wird ausschließlich über das Widerlager 13 abgestützt. Es wird also die Umfangskraft, d.h. die in Umfangsrichtung wirkende Reibungskraft in voller Höhe auf das Widerlager 13 übertragen und mit dem Kraftsensor 16 gemessen. Der Kraftsensor 16 misst (von Reibungsverlusten abgesehen) letzten Endes die von der Bremsscheibe 3 auf den Reib- bremsbelag 5 ausgeübte Reibkraft und damit die Hälfte der Bremskraft, mit der die Scheibenbremse 1 die Bremsscheibe 3 bremst. Die Hälfte deswegen, weil die Reibkraft in gleicher Höhe am beweglichen und am festen Reibbremsbelag 5, 4 wirkt. Der Kraftsensor 16, der die am beweglichen Reibbremsbelag 5 wirksame Umfangskraft und damit die Reibkraft misst, bildet eine Einrichtung zur Ermittlung, nämlich Messung, der Reibkraft der Scheibenbremse 1 oder jedenfalls ist der Kraftsensor 16 zur Messung der Umfangskraft Teil einer solchen Einrichtung. Da sich das Reibmoment der Scheibenbremse 1 durch Multiplikation der Reibkraft mit dem effektiven Reibradius, also dem Abstand des Reibbremsbelags 5 von der Drehachse der Bremsscheibe 3, errechnet, bildet der Kraftsensor 16 zugleich auch eine Einrichtung zur Ermittlung des Reibmoments der Scheibenbremse 1 oder jedenfalls Teil einer solchen Einrichtung.
Ist eine direkte Messung der Reibkraft nicht möglich, weil beispielsweise das Widerlager 13 fest im Bremssattel 2 ist, sieht die Erfindung eine Messung anderer Größen und die Ermittlung der Reibkraft aus den gemessenen Größen vor: Mit einem Drucksensor 17 wird der hydraulische Druck gemessen, der den Bremskolben 7 beaufschlagt. Dieser ist proportional der Betätigungskraft, mit der die Betätigungseinrichtung 6 den beweglichen Reibbremsbelag 5 gegen die Bremsscheibe 3 drückt; Proportionalitätsfaktor ist die Kolbenfläche des Bremskolbens 7. Als weitere Größe wird mit einem Wegsensor 18 der Verschiebeweg des beweglichen Reibbremsbelags 5 entlang der Schrägflächen 12 oder in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 3 gemessen. Bei gegebener Betätigungskraft ist die Verschiebung des Reibbremsbelags 5 umso größer je höher der Reibungskoeffizienten μ zwischen der Bremsscheibe 3 und dem Reibbremsbelag 5 ist. Es gilt der Zusammenhang:
μ= tan α - p/s- Aκ/cos α-cΘrs
wobei α der Keilwinkel, p der den den Bremskolben 7 beaufschlagende hydraulischeDruck, s der Verschiebeweg des Reibbremsbelags 5 entlang der Schrägfläche 12 des Widerlagers 13, Aκ die Kolbenfläche des Bremskolbens 7 und cΘrs eine Gesamtfederrate der Scheibenbremse 1 ist. Der Kehrwert der Gesamtfederrate cΘrs ist die Summe des Kehrwerts der Federrate cSa des Bremssattels 2 und des Kehrwerts der Federrate cB der Reibbremsbeläge 4, 5.
Für das Bremsmoment MBr gilt:
MBr=2-r-μ-tan α/(tan α - μ)-Aκ-p
Aus dem Verhältnis des Verschiebewegs und der Betätigungskraft bzw. dem hydraulischen Druck lässt sich folglich der Reibungskoeffizienten μ und damit auch die Reibkraft der Scheibenbremse 1 und deren Reibmoment ermitteln.
Anstelle des Verschiebewegs des Radbremsbelags 5 und des hydraulischen Drucks, der den Bremskolben 7 beaufschlagt, können auch Ersatzgrößen ge- messen werden, die in Beziehung zu den beiden Größen stehen. Anders formuliert: Es müssen zwei Größen gemessen werden, deren eine nicht vom Reibungskoeffizienten μ zwischen der Bremsscheibe 3 und dem Reibbremsbelag 5 abhängig ist und deren andere vom Reibungskoeffizienten μ abhängig ist. Die Beziehung zwischen dem Verschiebeweg bzw. dem hydraulischen Druck und der jeweiligen Ersatzgröße muss nicht linear sein und normalerweise auch nicht bekannt sein, um das Verhältnis von zwei der beiden Größen und damit letzten Endes die Reibkraft der Scheibenbremse 1 zu regeln. Ersatzgrößen für den hydraulischen Druck kann die von der Betätigungseinrichtung 6 auf den Reibbremsbelag 5 ausgeübte Betätigungskraft sein, die mit einem Kraftsensor 19 messbar ist. Ersatzgrößen für die Verschiebung des Reibbremsbelags 5 können ein Verschiebeweg des Bremskolbens 7, der mit einem Wegsensor 20 messbar ist, die Spannkraft, mit der die beiden Reibbremsbeläge 4, 5 gegen die Bremsscheibe 3 drücken und die außer am beweglichen Reibbremsbelag 5 auch am festen Reibbremsbelag 4 mit einem Kraftsensor 21 oder mit einem Kraftsensor 22 am Widerlager 13 messbar ist, oder eine elastische Aufweitung des Bremssattels 2, die von der Spannkraft abhängig ist, sein. Die elastische Aufweitung oder jedenfalls ein Maß für die elastische Aufweitung des Bremssattels 1 ist beispielsweise mit einem Dehnmessstreifen 23 messbar, der in einem Jochbereich des Bremssattels 2 aufgeklebt ist, mit dem der Bremssattel 2 die Bremsscheibe 3 an deren Außenrand übergreift. Ist der Reibungskoeffizient μ größer, ist damit die von der drehenden Bremsscheibe 3 auf den gegen sie gedrückten beweglichen Reibbremsbelag 5 ausgeübte Reibungskraft und damit die Verschiebung des Reibbremsbelags 5 größer. Die größere Verschiebung des Reibbremsbelags 5 erhöht die Spannkraft der Scheibenbremse 1 und die elastische Aufweitung des Bremssattels 2, so dass aus einem dieser Werte in Verbindung mit beispielsweise dem hydraulischen Druck der Reibungskoeffizient μ, die Reibkraft und das Reibmoment der Scheibenbremse 1 ermittelbar und somit die Reib- und Bremskraft der Scheibenbremse 1 regelbar sind. Es brauchen nur zwei Werte gemessen werden, beispielsweise der hydraulische Druck mit dem Drucksensor 17 oder statt dessen als Ersatzgröße die Betätigungskraft mit dem Kraftsensor 19 und entweder der Verschiebeweg des Reibbremsbelags 5 mit dem Wegsensor 18 oder die Spannkraft mit einem der Kraftsensoren 21 , 22, der Kolbenweg mit dem Wegsensor 20 oder die Aufweitung des Bremssattels 2 mit dem Dehnmessstreifen 23. Von den gezeichneten Sensoren 17-23 sind also nur zwei zur Ermittlung des Reibungskoeffizienten μ, der Reibkraft und des Reibmoments erforderlich.
Bei der nachfolgenden Erläuterung der Figuren 2 bis 4 werden für mit Figur 1 übereinstimmende Bauteile dieselben Bezugszahlen gewählt. Im Unterschied zur Scheibenbremse 1 aus Figur 1 , deren Selbstverstärkungseinrichtung 15 kraftverstärkend ist, ist die Selbstverstärkungseinrichtung 15 der Scheibenbremse aus 1 aus Figur 2 wegverstärkend: Wie in Figur 1 weist die Scheibenbremse 1 aus Figur 2 eine mechanische Selbstverstärkungseinrichtung 15 mit einem Keilmechanismus auf, der den Doppelkeilkörper 10 auf der Rückseite des Reibbremsbelags 5 und das Widerlager 13 mit den Schrägflächen 12 im Bremssattel 2 umfasst. Anders als in Figur 1 ist in Figur 2 das Widerlager 13 quer zur Bremsscheibe 3 verschiebbar im Bremssattel 2 geführt und der Bremskolben 7 beaufschlagt den Reibbremsbelag 5 bzw. den Doppelkeilkörper 10 nicht unmittelbar sondern mittelbar über das Widerlager 13. Bei hydraulischer Beaufschlagung verschiebt also der Bremskolben 7 das Widerlager 13 in Richtung zur Bremsscheibe 3 und drückt über das Widerlager 13 den Reibbremsbelag 5 gegen die Bremsscheibe 3. Wie in Figur 1 übt in Figur 2 die drehende Bremsscheibe 3 eine Reibkraft auf den gegen sie gedrückten beweglichen Reibbremsbelag 5 aus und verschiebt den Reibbremsbelag 5 in der Drehrichtung, wobei sich der Reibbremsbelag 5 entlang einer der beiden Schrägflächen 12 schräg auf die Bremsscheibe 3 zu bewegt. Im Unterschied zu Figur 1 weist die Scheibenbremse 1 aus Figur 2 Rückstellfedern 24 auf, die den beweglichen Reibbremsbelag 5 in Umfangsrichtung der Bremsscheibe im Bremssattel 2 abstützen. Die drehende Bremsscheibe 3 verschiebt den gegen sie gedrückten beweglichen Reibbremsbelag 5 also so lange, bis eine von den Rückstellfedern 24 auf den Reibbremsbelag 5 ausgeübte Federkraft, die hier als Rückstell kraft bezeichnet werden soll, die Abstützkraft des Widerlagers 13 und die von der drehenden Bremsscheibe 3 auf den Reibbremsbelag 5 ausgeübte Reibkraft im Gleichgewicht sind. Da sich der Reibbremsbelag 5 quer zur Bremsscheibe 3 nicht im Bremssattel 2 sondern über das Widerlager 13 am Bremskolben 7 abstützt, erhöht sich durch die Verschiebung des Reib- bremsbelags 5 entlang der Schrägflächen 12 des Widerlagers 13 nicht die Spannkraft, mit der der Reibbremsbelag 5 gegen die Bremsscheibe 3 gedrückt wird. Durch die Verschiebung des Reibbremsbelags 5 entlang einer der beiden Schrägflächen 12 schräg zur Bremsscheibe 3 verkürzt sich der Verschiebeweg, den der Bremskolben 7 zur Aufbringung einer bestimmten Betätigungskraft zurücklegt. Ein Teil des Zustellwegs des Reibbremsbelags 5 quer zur Bremsscheibe 3 wird also von der Selbstverstärkungseinrichtung 15 bewirkt, die wie gesagt wegverstärkend ausgebildet ist.
Wie in Figur 1 kann auch in Figur 2 die Reibkraft unmittelbar mit Kraftsensoren gemessen werden. Der Kraftsensor 16 misst die Feder- bzw. Rückstell kraft, mit der die Rückstellfedern 24 den Reibbremsbelag 5 in Umfangsrichtung abstützen. Ein weiterer Kraftsensor 35 misst die Abstützkraft des Widerlagers 13 in Drehrichtung der Bremsscheibe 3. Die Umfangskraft, also die Reibkraft, ergibt sich als Differenz der beiden gemessenen Kräfte.
Wie in Figur 1 ist auch in Figur 2 eine Ermittlung der Reibkraft der Scheibenbremse 1 durch Messung zweier anderer Größen, beispielsweise des hydraulischen Drucks, der den Bremskolben 7 beaufschlagt, mit dem Drucksensor 17 möglich. Als zweite Größe wird der Kolbenweg des Bremskolbens 7 mit dem Wegsensor 20 gemessen. Die Beziehung zwischen dem den Bremskolben 7 beaufschlagenden hydraulischen Druck p und dem Kolbenbweg SKoiben des Bremskolbens 7 lautet:
p=cΘrs-cKF-Sκoiben/(Aκ-(cΘrs-tan cc( tan α - μ) + cKF)),
wobei CKF die Federrate des Doppelkeils 10 ist. Die übrigen Größen sind bereits erläutert worden.
Als Ersatzgröße für den hydraulischen Druck kann die vom Bremskolben 7 ausgeübte Betätigungskraft mit dem Kraftsensor 19 gemessen werden. Da die Selbstverstärkungseinrichtung 15 in Figur 2 wegverstärkend und nicht kraftverstärkend ist, ist die Betätigungskraft gleich groß wie die Spannkraft, mit der der Reibbremsbelag 5 gegen die Bremsscheibe 3 gedrückt wird. Eine weitere Ersatzgröße für den hydraulischen Druck ist damit die Spannkraft, die mit dem Kraftsensor 21 messbar ist oder die elastische Aufweitung des Bremssattels 2, die mit dem Dehnmessstreifen 23 messbar ist. Als weitere Ersatzgröße ist auch das bei einer Bremsbetätigung von der Betätigungseinrichtung 6 aufgenommene Bremsflüssigkeitsvolumen verwendbar. Dieses ist beispielsweise durch Messung des Wegs eines Kolbens eines Hauptbremszylinders feststellbar, an den die Scheibenbremse 1 angeschlossen ist.
Im Unterschied zu Figuren 1 und 2 weist die erfindungsgemäße Scheibenbremse 1 aus Figur 3 eine hydraulische Selbstverstärkungseinrichtung 15 auf. Der Keilmechanismus entfällt. Die Scheibenbremse 1 aus Figur 3 weist den festen Reibbremsbelag 4 und den beweglichen Reibbremsbelag 5 auf. Der Reibbremsbelag 5 ist mit dem Bremskolben 7 gegen eine Bremsscheibe 3 drückbar. Der in Umfangsrichtung bewegliche Radbremsbelag 5 stützt sich über Stößel 25 an Hilfskolben 26 in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 3 ab, die parallel zur Bremsscheibe 3 verschiebbar sind. Es verschiebt sich jeweils nur der Hilfskolben 26, auf den sich der Reibbremsbelag 5 zu bewegt. Der andere Hilfskolben 26, von dem sich der Reibbremsbelag 5 wegbewegt, wird von einem Anschlag 27 gehalten. Durch einen Verbindungskanal 28 kommunizieren die beiden Hilfskolben 26 miteinander und mit einem weiteren Kolben 29, der den Reibbremsbelag 5 wie der Bremskolben 7 beaufschlagt, d.h. gegen die Bremsscheibe 3 drückt. Der weitere Kolben 29 wird nachfolgend als Verstärkerkolben 29 bezeichnet werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verstärkerkolben 29 als Ringkolben ausgebildet, der den Bremskolben 7 konzentrisch umschließt. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine zentrische Beaufschlagung des Reibbremsbelags 5 sowohl mit dem Brems- kolben 7 als auch mit dem Verstärkerkolben 29. Diese Ausbildung und An- Ordnung des Bremskolbens 7 und des Verstärkerkolbens 29 ist allerdings nicht zwingend. Der Bremskolben 7 und der Verstärkerkolben 29 beaufschlagen den beweglichen Reibbremsbelag 5 über eine gemeinsame Druckplatte 30, die die Kolbenkräfte sozusagen mechanisch addiert. Es könnte auch ein Stufenkolben eingesetzt werden, dessen Mittelfläche hydraulisch von seiner Ringfläche getrennt ist, wobei die Mittelfläche von einem Hauptbremszylinder und die Ringfläche von den Hilfskolben 26 oder umgekehrt beaufschlagt wird (nicht dargestellt).
Wird der bewegliche Reibbremsbelag 5 bei Betätigung der Scheibenbremse 1 vom Bremskolben 7 gegen die Bremsscheibe 3 gedrückt, beaufschlagt die Bremsscheibe 3 den Reibbremsbelag 5 in ihrer Drehrichtung. Der bewegliche Reibbremsbelag 5 verschiebt einen der beiden Hilfskolben 26, der einen hydraulischen Druck erzeugt, welcher über den Verbindungskanal 28 den Verstärkerkolben 29 beaufschlagt. Auf diese Weise wird der Reibbremsbelag 5 zusätzlich vom Verstärkerkolben 29 gegen die Bremsscheibe 3 gedrückt. Die Bremskraft wird erhöht. Die Höhe der Bremskraftverstärkung bestimmt sich aus dem Verhältnis der Kolbenflächen der Hilfskolben 26 und des Verstärkerkolbens 29. Die hydraulische Selbstverstärkungseinrichtung 15 ist kraftverstärkend.
Die Umfangskraft des beweglichen Reibbremsbelags 5 und damit die Reibkraft der Scheibenbremse 1 kann durch Messung des Drucks der Hilfskolben 26 bestimmt werden. In der Zeichnung wird dieser Druck mit dem Drucksensor 31 gemessen. Diese Möglichkeit der Ermittlung der Reibkraft der Scheibenbremse 1 ist eine Besonderheit der hydraulischen, kraftverstärkend wirkenden Selbstverstärkung, die mechanische Selbstverstärkungseinrichtungen oder wegverstärkende Selbstverstärkungseinrichtungen nicht bieten.
Im Übrigen ist die Ermittlung des Reibungskoeffizienten μ, der Reibkraft und des Reibmoments der Scheibenbremse 1 aus Figur 3 wie bei der Scheibenbremse 1 aus Figur 1 durch Messung zweier Größen möglich, deren Verhältnis zueinander vom Reibungskoeffizienten μ beeinflusst wird. Dies ist ausführlich oben anhand Figur 1 erläutert worden und wird hiermit in Bezug genommen. Die verschiedenen Weg-, Kraft- und Drucksensoren 17, 18, 20, 21 ,
31 sowie der Dehnmessstreifen 23 zur Messung der elastischen Aufweitung des Bremssattels 2 sind in Figur 3 eingezeichnet. Von den Sensoren werden wie gesagt nur zwei für die Ermittlung der Reibkraft und des Reibmoments benötigt, deren eine vom Reibungskoeffizienten abhängig ist und die andere nicht.
Die Scheibenbremse 1 aus Figur 4 weist wie die Scheibenbremse 1 aus Figur 3 eine hydraulische Selbstverstärkungseinrichtung 15 auf, die allerdings nicht kraft- sondern wegverstärkend ausgebildet ist. Die Hilfskolben 26 stützen sich an Rückstellfedern 24 ab, so dass sich der bewegliche Reibbremsbelag 5 bei betätigter Scheibenbremse 1 so weit verschiebt, bis die Rückstell kraft (Federkraft der Rückstellfedern 24), die auf den Hilfskolben 26 wirkende Druckkraft und die Reibkraft zwischen der Bremsscheibe 3 und dem Reibbremsbelag 5 im Gleichgewicht sind. Die Hilfskolben 26 kommunizieren mit dem Bremskolben 7, der Verstärkerkolben 29 entfällt. Der den Bremskolben 7 und die Hilfskolben 26 beaufschlagende Druck ist der beispielsweise mit einem Hauptbremszylinder
32 erzeugte Druck. Durch seine Verschiebung verdrängt der Hilfskolben 26 Bremsflüssigkeit in die Zylinderbohrung 8 des Bremskolbens 7. Das vom
Hilfskolben 26 verdrängte Bremsflüssigkeitsvolumen steht zusätzlich zu dem vom Hauptbremszylinder 32 verdrängten Bremsflüssigkeitsvolumen zu Verfügung, wodurch sich die Zustellung des Bremskolbens 7 und damit des Reibbremsbelags 5 vergrößert. Wie gesagt ist die hydraulische Selbstverstärkungseinrichtung 15 der Scheibenbremse 1 aus Figur 4 wegverstärkend.
Eine Druckmessung an den Hilfskolben 26 zur Ermittlung des Reibungskoeffizienten und der Reibkraft ist bei der wegverstärkenden Selbstverstärkungseinrichtung 15 aus Figur 4 nicht möglich, weil an den Hilfskolben 26 derselbe hydraulische Druck herrscht wie im Hauptbremszylinder 32. Möglich ist allerdings die direkte Messung der Umfangskraft, mit der sich der bewegliche Reibbremsbelag 5 am Hilfskolben 26 abstützt. Dazu ist wieder der Kraftsensor 16 vorgesehen. Die Umfangskraft ist so groß wie die Reibkraft der Scheibenbremse 1.
Ansonsten ist die Ermittlung des Reibungskoeffizienten μ zwischen dem Reibbremsbelag 5 und der Bremsscheibe 3 durch Messung des Kolbenwegs mit dem dem Wegsensor 20 und des hydraulischen Drucks mit dem Drucksensor 17 möglich. Stattdessen können Ersatzgrößen gemessen werden. Dies ist vorstehend anhand Figuren 1 und 2 erläutert worden, wobei insbesondere auch die Ausführungen zu Figur 2 zu beachten sind, deren Selbstverstärkungseinrichtung 15 ebenso wie in Figur 4 wegverstärkend ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird hinsichtlich der Ermittlung des Reibungskoeffizienten, der Reibkraft und des Reibmoments und der Regelung der Bremskraft der Scheibenbremse 1 aus Figur 4 auf die entsprechenden Erläuterungen zu Figuren 1 und 2 verwiesen. Als Messgröße wird auch hier der Weg eines Kolbens des Hauptbremszylinders 32 verwendet, der mit dem Wegsensor 33 gemessen wird. Da sich bei hohem Reibungskoeffizienten μ der Reibbremsbelag 5 weiter verschiebt als bei niedrigem Reibungskoeffizienten μ ist das vom Hilfskolben 26 verdrängte Bremsflüssigkeitsvolumen bei größerem Reibungskoeffizienten μ größer. Das bedeutet, für den Aufbau eines bestimmten hydraulischen Drucks ist eine kürzere Verschiebung des Kolbens des Hauptbremszylinders 32 und damit auch ein kürzerer Weg eines Bremspedals, gemessen mit dem Wegsensor 34 nötig.

Claims

Patentansprüche
1. Reibungsbremse, mit einem Reibbremsbelag (5) und mit einer Be- tätigungseinrichtung (6) mit der der Reibbremsbelag (5) zur Betätigung der Reibungsbremse (1 ) gegen einen drehbaren und zu bremsenden Bremskörper (3) drückbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsbremse (1 ) eine hydraulische Betätigungseinrichtung (6) und eine Einrichtung zur Ermittlung einer Reibkraft oder eines Reibmoments der Reibungsbremse (1 ) aufweist.
2. Reibungsbremse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Ermittlung der Reibkraft oder des Reibmoments einen Sensor (16) zur Messung einer Umfangskraft, die der drehende Bremskörper (3) bei betätigter Reibungsbremse (1 ) auf den gegen ihn gedrückten Reibbremsbelag (5) ausübt, aufweist.
3. Reibungsbremse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsbremse (1 ) eine Selbstverstärkungseinrichtung (15) aufweist, die eine bei betätigter Reibungsbremse (1 ) vom drehenden Bremskörper (3) auf den gegen ihn gedrückten Reibbremsbelag (5) ausgeübte Reibkraft in eine Andruckkraft wandelt, die den Reibbremsbelag (5) zusätzlich zu einer von der Betätigungseinrichtung (6) ausge- übten Betätig u ngs kraft gegen den Bremskörper (3) drückt und dadurch eine Bremskraft der Reibungsbremse (1 ) erhöht.
4. Reibungsbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Ermittlung der Reibkraft oder des Reibmoments einen Sensor (19) zur Messung der von der Betätigungseinrichtung (6) auf den Reibbremsbelag (5) ausgeübten Betätigungskraft, oder einen Sensor (17) zur Messung einer Ersatzgröße der Betätigungskraft, und einen Sensor (18) zur Messung eines Wegs, um den sich der Reibbremsbelag (5) bei einer Bremsung in Drehrichtung des Bremskörpers (3) bewegt, oder einen Sensor (20, 21 , 22, 23) zur Messung einer
Ersatzgröße des Wegs, um den sich der Reibbremsbelag (5) bei einer Bremsung in Drehrichtung des Bremskörpers (3) bewegt, aufweist, und dass aus der Betätigungskraft und dem Weg und/oder den Ersatzgrößen die Reibkraft und/oder das Reibmoment der Reibungsbremse (1 ) berechnet wird.
5. Reibungsbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsbremse (1 ) eine mechanische Selbstverstärkungseinrichtung (15) aufweist.
6. Reibungsbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsbremse (1 ) eine hydraulische Selbstverstärkungseinrichtung (15) aufweist.
7. Reibungsbremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Ermittlung der Reibkraft oder des Reibmoments einen Drucksensor (31 ) zur Messung eines Drucks der hydraulischen Selbstverstärkungseinrichtung (15) als Ersatzgröße der Umfangskraft, die der drehende Bremskörper (3) bei betätigter Reibungsbremse (1 ) auf den gegen ihn gedrückten Reibbremsbelag (5) ausübt, aufweist.
8. Reibungsbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsbremse (1 ) eine kraftverstärkende Selbstverstärkungseinrichtung (15) aufweist.
9. Reibungsbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsbremse (1 ) eine wegverstärkende Selbstverstärkungseinrichtung (15) aufweist.
10. Reibungsbremse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsbremse (1 ) eine Scheibenbremse ist.
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