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Dokumentenidentifikation DE69611574T2 07.06.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0747273
Titel Schwimmsattel-Scheibenbremse mit gestufter Bremsscheibe
Anmelder Continental Teves, Inc., Auburn Hills, Mich., US
Erfinder Kullmann, Bernhard, Rochester Hills, US;
Scheibel, Jörg, Auburn Hills, US;
Masserant, Larry, 60323 Frankfurt/Main, DE;
Keck, Daniel, Westland, US;
Gottschalk, Werner, Auburn Hills, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69611574
Vertragsstaaten DE, FR, GB, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 20.05.1996
EP-Aktenzeichen 961079753
EP-Offenlegungsdatum 11.12.1996
EP date of grant 17.01.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.06.2001
IPC-Hauptklasse B60T 1/06

Beschreibung[de]
TECHNISCHER BEREICH

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Sattel-Scheibenbremse zur Aufbringung eines Bremsmoments auf ein Fahrzeugrad. Insbesondere betrifft die Erfindung Sattel-Scheibenbremsen, mit denen die Fahrzeug-Bremsleistung innerhalb der physikalischen Grenzen der Innenfelge des Rades verbessert werden soll.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es sind beispielsweise aus EP-A-0 177 672 Scheibenbremsen für Kraftfahrzeuge bekannt, welche eine kreisförmige Scheibe oder einen Rotor aufweisen, der auf einem Rad zur Drehung mit diesem um eine Achse angeordnet ist. Ein Ankerelement, welches auf der das Rad tragenden Achse starr angeordnet ist dient auch der starren Unterstützung eines Sattels, welcher im übrigen einen Teil der Rotorperipherie umfasst. Vom Sattel auf jeder Seite der Scheibe getragene "Kissen" oder Bremsbeläge werden mit den Reibflächen auf den gegenüberliegenden Seiten des Rotors in Eingriff gebracht, um ein Bremsmoment zu erzeugen, beispielsweise durch Zufuhr einer hydraulischen Druckflüssigkeit zu einem in einem oder beiden Enden des Sattels befindlichen Kolben.

Typischerweise verwenden diese bekannten Scheibenbremsen gleich große Bremsbeläge auf jeder Seite des Rotors. Außerdem weist jeder Bremsbelag praktisch den gleichen effektiven Radius auf, d. h. die von jedem Bremsbelag erzeugte Bremskraft wird, sobald er gegen die kämmende Rotorfläche geschoben wird, um denselben radialen Abstand von der Rotationsachse der Rad/Rotor-Anordnung versetzt. Der Kontaktbereich jedes Bremsbelags wird typischerweise mit der Längsachse des den Bremsbelag auf seine kämmende Rotorfläche drückenden Kolbens "ausgerichtet", d. h. um diese zentriert. Die normalen von den Bremsbelägen auf beide Rotorflächen ausgeübten Kräfte sind daher ebenfalls axial ausgerichtet, so dass die Aufbringung eines unerwünschten Bremsmoments auf dem Bremsrotor verhindert wird (es ist in der Technik bekannt, dass die Aufbringung derartiger Bremsmomente beispielsweise wegen des zu erwartenden ungleichmäßigen Abriebs der Bremsbeläge unerwünscht ist).

Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform eines "festen", d. h. schwingungsfreien Sattels mit zwei gegenüberliegend angeordneten Kolben, wird der Bremsbelag, welcher sich auf der der Radnabe am nächsten gelegenen Seite (nachfolgend der "Außenbelag" genannt) befindet, gezielt näher an der Rotationsachse des Rades als sein Gegenspiel auf der anderen Seite des Rotors (nachfolgend der "Innenbelag" genannt) angeordnet. Damit soll ein maximaler effektiver Radius/bestrichener Bereich für jeden einzelnen Belag erzielt werden unter Anpassung derjenigen Räder, deren Innenfelgen ein geringeres radiales Spiel für den Außenbelag als für den Innenbelag schaffen. Bei dieser Ausführungsform werden die Außenteile des Sattels einschließlich der Längsachse des Außenkolbens ebenfalls radial nach innen relativ zu den Innenteilen des Sattels in Richtung auf die Rotationsachse des Rades verschoben. Gemäß diesem Lösungsansatz ist davon auszugehen, dass jeder Bremsbelag gleicher Größe in Ausrichtung mit der Längsachse seines entsprechenden Kolbens gehalten wird.

Obgleich ein größeres radiales Spiel zwischen der Radfelge und der Peripherie des Bremssattels, insbesondere entlang dem Außenende erreicht wird, verringern jedoch die radial einwärts gerichtete Verschiebung des Außenbelags und sein Antriebskolben den effektiven Radius des Belags in gleichem Maße. Da der effektive Radius des Innenbelags unverändert bleibt, führt die entstehende Ungleichheit zwischen dem effektiven Radius jedes Belags im Verein mit der fehlenden Ausrichtung zwischen den Längsachsen der Innen- und Außenkolben zur Aufbringung eines Biegemoments auf den Rotor und demgemäß zu einem unterschiedlichen Abrieb des Bremsbelags. Dies wiederum führt im Lauf der Zeit zu einem Verlust der Bremsleistung des Fahrzeugs und macht jeden potentiellen Vorteil zunichte, welcher sich andernfalls aus der durch den radial äußeren Innenbelag erzielten vergrößerten bestrichenen Fläche ergeben hätte.

Benötigt wird daher eine verbesserte Teilbelagscheibenbremse für ein Kraftfahrzeugrad, welche die Nutzung verfügbaren Packraums innerhalb der Radinnenfelge zur Steigerung der Bremsleistung unter gleichzeitiger Minimierung angelegter Momente und eines hiermit verbundenen möglichen ungleichen Abriebs optimiert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Scheibenbremse zur Aufbringung eines reinen Bremsmoments auf das sich um eine erste Achse drehende Rad eines Kraftfahrzeugs weist einen auf das Rad montierten Rotor auf, der eine erste Innenseite und eine zweite Außenseite auf, welche eine innere ringförmige Reibfläche bzw. eine äußere ringförmige Reibfläche beschreiben. Die äußere periphere Kante der Außenreibfläche des Rotors ist auch radial nach innen relativ zur äußeren peripheren Kante der Innenreibfläche des Rotors gerichtet, wodurch der potenziell bestrichene Bereich auf der Innenreibfläche des Rotors unter gleichzeitiger Anpassung des geringeren radialen Spiels der Radinnenfelge auf der Außenseite des Rotors vergrößert wird.

Die erfindungsgemäße Scheibenbremse weist des weiteren einen den Rotor entlang eines Teils seiner Außenkante umfassenden Sattel auf. Der Sattel lagert auf einem ersten der Innenreibfläche des Rotors gegenüberliegenden Innenbremsbelag und einen zweiten der Außenreibfläche des Rotors gegenüberliegenden Außenbremsbelag. Typischerweise befindet sich die radial äußerste Kante des Außenbremsbelags aufgrund der beschränkten Packverhältnisse der derzeit produzierten Räder radial einwärts relativ zur radial äußersten Kante des Innenbremsbelags. Der Sattel enthält des weiteren ein Mittel, beispielsweise einen hydraulisch betriebenen Kolben, der entlang einer zweiten Achse praktisch parallel zur Rotationsachse des Rads und Rotors arbeitet, um die Innen- und Außenbremsbeläge mit den Innen- bzw. Außenreibflächen des Rotors in Eingriff zu bringen.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die effektiven Radien der ersten und zweiten Bremsbeläge, wenn sie mit ihren jeweiligen gegenüberliegend angeordneten Rotorreibflächen in Eingrifftreten, jeweils kleiner sind als die radiale Verschiebung der zweiten Achse gegenüber der ersten Achse. Dadurch, dass der effektive Radius jedes Bremsbelags, insbesondere des Innenbelags, auf welchen der Kolben direkt einwirkt, geringer sein muss als der radiale Abstand zwischen der Rotationsachse des Rades und der Betriebsachse der Kolben, verringert sich das auf den Rotor beim Bremsvorgang aufgebrachte Biegemoment merklich. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß erwünscht, die Kolbenmittellinie radial im äußeren Abstand vom effektiven Radius des Innenbelags, auf welchen der Kolben direkt wirkt, zu halten.

Vorzugsweise erweitert sich erfindungsgemäß die innere periphere Kante der Innenreibfläche des Rotors radial einwärts in Richtung auf die Rotationsachse des Rades und Rotors, so dass die periphere Innenkante der inneren Reibfläche des Rotors der Rotationsachse näher ist als die periphere Innenkante der äußeren Reibfläche des Rotors. Neben der Schaffung einer größeren bestrichenen Fläche und einer größeren Wärmeableitungsmasse ermöglicht die radial nach innen gerichtete Vergrößerung der Innenreibfläche des Rotors eine zusätzliche radial einwärts gerichtete Vergrößerung des Innenbremsbelags unter entsprechender Reduzierung des effektiven Radius des Belags. Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung werden die Stärke, die bestrichene Fläche und/oder der Reibungskoeffizient des Materials der inneren und/oder äußeren Beläge dahingehend weiter spezifiziert, dass das von jedem Belag erzeugte Bremsmoment im wesentlichen gleich groß ist. Auf diese Weise wird das vom Sattel auf den Rotor aufgebrachte Biegemoment weiter verringert.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Teilansicht im Querschnitt einer erfindungsgemäßen Teilbelagscheibenbremse; und

Fig. 2 zeigt eine Teilansicht im Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des Bremsenrotors zur Verwendung in der Scheibenbremse nach Fig. 1.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES/DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)

Bezugnehmend auf Fig. 1 weist ein Ausführungsbeispiel einer "Faust"- Sattelscheibenbremse 10 zum Aufbringen eines Bremsmoments auf das Rad 12 eines Kraftfahrzeuges einen auf dem Rad 12 an einem Punkt nahe seiner Nabe 16 montierten Rotor 14 auf. Der Rotor 14 enthält eine erste eine innere ringförmige Reibungsfläche 20 beschreibende Innenseite 18 und eine zweite eine äußere ringförmige Reibungsfläche 24 beschreibende Außenseite 22. Aufgrund der Form der Innenfelge 26 verläuft die periphere Außenkante 28 der äußeren Reibungsfläche 24 des Rotors radial nach innen von der peripheren Außenkante 30 der inneren Reibungsfläche 20 des Rotors, wodurch der Rotor 14 ein im Querschnitt "abgestuftes" Außenprofil gemäß Darstellung in Fig. 1 erhält. Der mit dem abgestuften Außenprofil verbundene wichtigste Vorteil besteht darin, dass die potenziell bestrichene Fläche auf der inneren Reibungsfläche 20 des Rotors vergrößert wird, und zwar unter Anpassung des geringeren von der Innenfelge 26 des Rades auf der Außenseite 22 des Rotors gebildeten Spiels.

Ein mit dem Bezugszeichen 32 bezeichneter Sattel ist gegenüber der Fahrzeugachse 34 über ein Ankerelement 36, wie z. B. (nicht veranschaulichte) quer zur Rotationsebene des Rotors 14 verlaufende Zapfen, gleitbar gelagert. Der Sattel 32 selbst enthält einen radial nach innen verlaufenden, einen hydraulischen Kolben 40 aufnehmenden inneren Teil 38, einen radial äußeren, den Rotor 14 entlang einem Teil seiner "abgestuften" Außenkante umfassenden Brückenteil 42 sowie einen radial inneren Fingerbereich auf seinem Außenteil 44. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die radial äußersten Kanten der Brücke 42 des Sattels über den größeren Teil ihrer Axiallänge so ausgebildet, dass ein festes Spiel zwischen der Brücke 42 und der Innenfelge 26 des Rades entsteht. Der Fingerbereich auf dem Außenteil 44 des Sattels 32 befindet sich daher näher an der Rotationsachse 46 des Rades und des Rotors 14 als der Kolben 40 des Sattels.

Der Sattel 32 selbst trägt einen Bremsbelag 48, 50 auf jeder Seite des Rotors 14, derart, dass ein wiederholter Eingriff mit den Reibflächen 20, 24 auf den Innen- und Außenseiten 18 bzw. 22 möglich ist. Wie im Fingerbereich auf dem Außenteil 44 des Sattels 32 ist der Außenbelag 50 radial innerhalb des Innenbelags 48 unter Berücksichtigung der durch die Innenfelge 26 des Rades verursachen beschränkten Packverhältnisse angeordnet.

Jeder Belag 48, 50 ist vorzugsweise individuell dimensioniert und relativ zu seiner kämmenden Rotorfläche 20, 24 angeordnet, um zu gewährleisten, dass der effektive Radius 52, 54 jeweils kleiner ist als die radiale Verschiebung der Mittellinie 56 des Kolbens gegenüber der Rotationsachse 46 des Rotors. Erfindungsgemäß ist eine Verschiebung der Mittellinie 56 in der Tat zu bevorzugen, entlang welcher der Kolben 40 seine Kraft soweit radial nach außen ausübt, wie dies unter Berücksichtigung beschränkten Packverhältnisse innerhalb der Innenfelge 26 des Rades praktisch möglich ist, wobei die radiale Innenkante des Innenbelags 48 entsprechend radial einwärts in Richtung auf die Rotationsachse 46 des Rotors 14 vergrößert wird, um die erhöhten Biegemomente, welche andernfalls bei einer derartigen radial äußeren Verschiebung der Mittellinie 56 des Kolbens entstehen, auszugleichen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird die periphere Innenkante 58 der inneren Reibfläche 20 des Rotors radial einwärts zur Rotationsachse 46 des Rotors vergrößert, derart, dass die periphere Innenkante 58 der inneren Reibungsfläche 20 des Rotors sich näher an der Rotationsachse 46 als die periphere Innenkante 60 der äußeren Reibungsfläche 24 des Rotors befindet. Die weitere radial innere Vergrößerung der inneren Reibungsfläche 20 des Rotors führt zu einer zusätzlichen radial inneren Vergrößerung des inneren Bremsbelags 48 unter gleichzeitiger Vergrößerung der bestrichenen Fläche und einer Verkleinerung des effektiven Radius des Belags. Gleichzeitig ist mit dem Vergrößerung der inneren Reibungsfläche 20 des Rotors in Richtung auf die Rotationsachse 46 der Vorteil einer erhöhten Wärmesenkungsmasse verbunden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung werden die Formen, Abmessungen, Stärken und/oder Reibungskoeffizienten der inneren und äußeren Bremsbeläge weiter in bekannter Weise spezifiziert, derart, dass das von jedem Belag erzeugte Bremsmoment im wesentlichen gleich groß ist. Dadurch wird das auf den Rotor 14 angelegte Biegemoment bei Betrieb des Sattels 32 weiter verringert.

Wie bei anderen bekannten "Faust"-Sattelscheibenbremsen wird der in dem inneren Teil 38 des Sattels untergebrachte Kolben 40 unter hydraulischen Druck betrieben, um zunächst den inneren Belag 48 entlang einer (allgemein praktisch parallel zur Rotationsachse 46 des Rades 12 und des Rotors 14 verlaufenden) Mittellinie 56 des Kolbens mit der inneren Reibungsfläche 20 des Rotors in Eingriff zu bringen. Sobald der Bremsbelag 48 mit der inneren Reibungsfläche 20 des Rotors 14 Eingriff tritt, wird die fortbestehende Kraft des Kolbens zum Teil auf den inneren Teil 38 des Sattels 32 rückwärtig ausgeübt. Der Sattel 32 selbst wird, wie in Fig. 1 dargestellt, nach links geschoben und bringt seinerseits den Außenbelag 50 mit der äußeren Reibfläche 24 des Rotors aufgrund seiner Brücke 42 und seiner äußeren Teile 44 in Eingriff.

Wichtig ist jedoch, dass die effektiven Radien 52, 54 der inneren und äußeren Beläge 48, 50 kleiner sind als die radiale Verschiebung der Kolbenmittellinie 56 gegenüber der Rotationsachse 46 des Rades 12 und des Rotors 14. Vorzugsweise sind die effektiven Radien 52, 54 der Innen- und Außenbeläge 48, 50 im wesentlichen gleich groß, wie sich aus Fig. 1 ergibt, wodurch sich das auf den Rotor 14 aufgebrachte Biegemoment beim Bremsvorgang verringert. Darüber hinaus entspricht erfindungsgemäß das bei Eingriff des inneren Bremsbelags 48 mit der inneren Reibfläche 20 erzeugte Bremsmoment dem bei Eingriff des äußeren Bremsbelags 50 mit der äußeren Reibungsfläche 24 des Rotors erzeugten Bremsmoment. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß die verfügbare Packfläche in der Innenfelge 26 des Rades maximiert, ohne einen übermäßigen Abrieb am Belag zu verursachen.

Fig. 2 ist eine Teilansicht im Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des Bremsrotors 14a zur Verwendung in der in Fig. 1 dargestellten Scheibenbremse. In Sonderheit weist der alternative Rotor 14a dieselbe radial abgestufte äußere Peripherie wie der vorstehend in Verbindung mit der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform 10 beschriebene Rotor 14 auf, wobei die periphere Außenkante 28a der äußeren Reibungsfläche 24a radial einwärts zur peripheren Außenkante 30a ihrer inneren Reibungsfläche 20a verläuft.

Die relativen Positionen der inneren peripheren Kanten 58a, 60a der Reibflächen 20% 24a des Rotors sind jedoch etwas unterschiedlich bei dem in Fig. 2 dargestellten alternativen Rotor 14a. In Sonderheit erweitert sich die periphere Innenkante 58a der inneren Reibungsfläche 20a um praktisch dasselbe radiale Maß wie die periphere Innenkante 60a der äußeren Reibfläche 24a. Die radial am weitesten innen liegende Kante des inneren Bremsbelags 48a ist gegenüber der Rotationsachse 46a ebenfalls nicht weiter radial versetzt als die radial am weitesten innen liegende Kante des äußeren Bremsbelags 50a. Auf diese Weise wirken der Rotor 14a und die zugeordneten Beläge 48a, SOa, zusammen, um die während des Bremsvorgangs auf den Rotor 14a aufgebrachten Biegemomente zu verringern, obzwar im geringen Umfang als bei der bevorzugten Ausführungsform 10 nach Fig. 1.

Obgleich vorstehend die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung offenbart wurden, versteht es sich, dass Abweichungen der Erfindung möglich sind, ohne vom Geltungsbereich der anliegenden Ansprüchen abzuweichen.


Anspruch[de]

1. Sattel-Scheibenbremse (10) zur Aufbringung eines reinen Bremsmoments auf ein Fahrzeugrad (12), wobei das Rad (12) um eine erste Achse (46, 46a) drehbar ist, diese Scheibenbremse (10) einen auf dem Rad (12) angeordneten Rotor (14, 14a) aufweist und dieser Rotor (14, 14a) eine erste Seite (18) und eine zweite Seite (22) enthält, wobei die erste Seite (18) eine erste ringförmige Reibfläche (20, 20a) und die zweite Seite (22) eine zweite ringförmige Reibfläche (24, 24a) beschreibt, und wobei die periphere Außenkante (28, 28a) der zweiten Reibfläche (24, 24a) radial einwärts zur äußeren peripheren Kante (30, 30a) der ersten Reibfläche (20, 20a) verläuft, sowie ferner einen den Rotor (14, 14a) umfassenden Sattel (32), welcher einen ersten, einem Teil der ersten Reibfläche (20, 20a) auf dem Rotor (14, 14a) gegenüberliegenden Bremsbelag (48, 48a) sowie einen zweiten, einem Teil der zweiten Reibfläche (24, 24a) auf dem Rotor (14, 14a) gegenüberliegenden Bremsbelag (50, 50a) abstützt, wobei der Sattel (32) Mittel (40) aufweist, welche entlang einer zweiten zur ersten Achse (46, 46a) im wesentlichen parallelen Achse (56) wirksam sind, um den ersten (48, 48a) und den zweiten Bremsbelag (50, 50a) mit der ersten (20, 20a) bzw. der zweiten Reibfläche (24, 24a) des Rotors (14, 14a) in Eingriff zu bringen, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußerste Kante des zweiten Bremsbelags (50, 50a) radial einwärts zur radial äußersten Kante des ersten Bremsbelags (48, 48a) verläuft, und dass die effektiven Radien (52, 54) des ersten Bremsbelags (48, 48a) und des zweiten Bremsbelags (50, 50a) bei Eingriff mit der ersten (20, 20a) bzw. der zweiten Reibfläche (24, 24a) des Rotors (14, 14a) kleiner sind als der radiale Versatz der zweiten Achse (56) gegenüber der ersten Achse (46, 46a).

2. Scheibenbremse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive Radius (52) des ersten Bremsbelags (48, 48a) dem effektiven Radius (54) des zweiten Bremsbelags (50, 50a) im wesentlichen entspricht.

3. Scheibenbremse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die periphere Innenkante (S8, S8ä) der ersten Reibfläche (20, 20a) des Rotors (14, 14a) radial einwärts zur peripheren Innenkante (60, 60a) der zweiten Reibfläche (24, 24a) des Rotors (14, 14a) verläuft.

4. Scheibenbremse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radial am weitesten innen liegende Kante des ersten Bremsbelags (48, 48a) gegenüber der ersten Achse (46, 46a) nicht weiter verschoben ist als die radial am weitesten innen liegende Kante des zweiten Bremsbelags (50, 50a).

5. Scheibenbremse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bei Eingriff des ersten Bremsbelags (48, 48a) mit der ersten Reibfläche (20, 20a) des Rotors (14, 14a) erzeugte Bremsmoment dem bei Eingriff des zweiten Bremsbelags (50, 50a) mit der zweiten Reibfläche (24, 24a) des Rotors (14, 14a) erzeugten Bremsmoment im wesentlichen entspricht.







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