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Die
Erfindung betrifft eine selbstverstärkende elektromechanische Scheibenbremse
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Eine
derartige Scheibenbremse ist bekannt aus der Offenlegungsschrift
DE 101 49 695 A1 .
Die bekannte Scheibenbremse weist einen Schwimmsattel, d. h. einen
quer zu einer Bremsscheibe verschieblichen Bremssattel auf, in dem
beiderseits der Bremsscheibe zwei Reibbremsbeläge angeordnet sind. Zum Bremsen
ist einer der beiden Reibbremsbeläge mit einer elektromechanischen
Betätigungseinrichtung,
auch Aktuator genannt, gegen eine Seite der Bremsscheibe drückbar. Das
Drücken
des einen Reibbremsbelags gegen die eine Seite der Bremsscheibe
verschiebt den Schwimmsattel quer zur Bremsscheibe, wodurch der
andere Reibbremsbelag gegen die andere Seite der Bremsscheibe gedrückt und
die Bremsscheibe gebremst wird.
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Die
elektromechanische Betätigungseinrichtung
ist in der genannten Offenlegungsschrift nicht näher erläutert. Üblich ist ein Elektromotor,
der über ein
Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe den einen Reibbremsbelag
gegen die Bremsscheibe drückt.
Vielfach ist dem Elektromotor und dem Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe
ein Untersetzungsgetriebe zwischengeschaltet. Das Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe
kann beispielsweise ein dreh- oder schwenkbarer Nocken sein, der
den Reibbremsbelag beaufschlagt und gegen die Bremsscheibe drückt. Üblich sind
Schraubgetriebe. Auch ein Elektromotor ist zwar üblich jedoch nicht zwingend.
Denkbar ist beispielsweise auch ein Linearmotor, ein Elektromagnet
oder ein Piezoelement zum Drücken
des einen Reibbremsbelags gegen die Bremsscheibe, also zur Bremsbetätigung.
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Zur
Erzielung der Selbstverstärkung
ist einer der beiden Reibbremsbeläge in einer Umfangsrichtung,
evtl. auch in einer Tangential- oder Sekantenrichtung zur Bremsscheibe
verschieblich. Bei der bekannten Scheibenbremse ist der Reibbremsbelag
in Umfangsrichtung der Bremsscheibe verschieblich, der mit der Betätigungseinrichtung
gegen die Bremsscheibe drückbar
ist. Genauso gut kann auch der andere Reibbremsbelag verschieblich
sein. Eine mechanische Selbstverstärkungseinrichtung setzt eine beim
Bremsen von der drehenden Bremsscheibe auf den gegen sie gedrückten, in
Umfangsrichtung verschieblichen Reibbremsbelag ausgeübte Reibungskraft
in eine Andruckkraft um, die den Reibbremsbelag zusätzlich zu
einer von der Betätigungseinrichtung
aufgebrachten Andruckkraft gegen die Bremsscheibe drückt und
dadurch die Bremskraft verstärkt. Die
bekannte Scheibenbremse weist einen Keilmechanismus mit einer in
einem spitzen Winkel zur Bremsscheibe und in der Verschieberichtung
des Reibbremsbelags verlaufenden Keilfläche auf, an der sich der Reibbremsbelag
abstützt.
Die von der drehenden Bremsscheibe beim Bremsen auf den Reibbremsbelag
ausgeübte
Reibungskraft beaufschlagt den Reibbremsbelag in Richtung eines
enger werdenden Keilspalts zwischen der Keilfläche und der Bremsscheibe, der
Reibbremsbelag wird in den enger werdenden Keilspalt gedrückt, wobei
die Abstützung
an der Keilfläche
aufgrund einer Keilwirkung die Andruckkraft des Reibbremsbelags
gegen die Bremsscheibe bewirkt. Ist die Keilfläche nicht eben, sondern weist
eine über
ihren Verlauf sich ändernde Steigung
auf, kann auch von einem Rampenmechanismus gesprochen werden. Durch
die sich ändernde Steigung
wird eine sich ändernde
Selbstverstärkung mit
der Verschiebung des Reibbremsbelags erzielt, es lässt sich
durch eine anfangs große
Steigung ein Lüftspiel
zwischen dem Reibbremsbelag und der Bremsscheibe schnell überwinden
und gegen Ende der Verschiebung, d. h. bei großer Bremskraft, eine hohe Selbstverstärkung erzielen.
Auch Hebelmechanismen mit schräg
zur Bremsscheibe stehenden, den verschieblichen Reibbremsbelag abstützenden,
auf Zug oder Druck belasteten schwenkbaren Hebeln sind zur Erzielung
einer Selbstverstärkung
bekannt. Dabei entspricht ein Stützwinkel
zwischen dem schwenkbaren Hebel und einer Normalen zur Bremsscheibe
dem Keilwinkel eines Keilmechanismus. Eine solche Hebelmechanik
ist ein mechanisches Equivalent zu einem Keilmechanismus. Auch hydraulische
Selbstverstärkungseinrichtungen
sind an sich bekannt.
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Allen
diesen Selbstverstärkungseinrichtungen
ist gemeinsam, dass einer der beiden Reibbremsbeläge der Scheibenbremse
sich beim Bremsen in Umfangsrichtung (oder auch in Tangenten- oder
Sekantenrichtung) der Bremsscheibe verschiebt. Dies hat zur Folge,
dass die beiden Reibbremsbeläge
einander beim Bremsen nicht mehr exakt gegenüber liegen, sondern einen Versatz
in Umfangsrichtung der Bremsscheibe aufweisen. Dieser Versatz der
gegen die Bremsscheibe drückenden Reibbremsbeläge bewirkt
ein Moment auf den Schwimmsattel um eine gedachte Radiale zur Bremsscheibe.
Dieses Moment muss von Führungen des
Schwimmsattels abgestützt
werden, die den Schwimmsattel quer zur Bremsscheibe verschieblich führen. Dies
ist unerwünscht,
weil die Führungen
entsprechend stärker
dimensioniert werden müssen
und das erläuterte,
beim Bremsen auf den Schwimmsattel wirkende Moment tendenziell zu
einem Verklemmen des Schwimmsattels in seinen Führungen führt. Um dem Moment entgegenzuwirken
sieht die genannte Offenlegungsschrift vor, die Reibbremsbeläge bei nicht
betätigter
Scheibenbremse mit einem Versatz in Umfangsrichtung der Bremsscheibe
anzuordnen, so dass sie bei einer Betätigung der Bremse bei maximaler
Verschiebung deckungsgleich sind. Dabei bedeutet maximale Verschiebung
verschlissene Reibbremsbeläge
und maximale Bremskraft.
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Erläuterung
und Vorteile der Erfindung
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Bei
der erfindungsgemäßen, selbstverstärkenden
elektromechanischen Scheibenbremse mit den Merkmalen des Anspruchs
1 ist der die Selbstverstärkung
bewirkende, in Umfangsrichtung der Bremsscheibe verschiebliche Reibbremsbelag
in Umfangsrichtung der Bremsscheibe zumindest in einer Vorzugsdrehrichtung
der Bremsscheibe kürzer als
der gegenüber
angeordnete Reibbremsbelag. Insbesondere ist der in Umfangsrichtung
der Bremsscheibe verschiebliche Reibbremsbelag in Umfangsrichtung
der Bremsscheibe um soviel kürzer,
dass er bei einer maximalen Verschiebung von dem anderen, gegenüberliegenden
Reibbremsbelag vollflächig
abgedeckt ist. In einem Kraftfahrzeug, für das die erfindungsgemäße Scheibenbremse
vorgesehen ist, wird überwiegend
in Vorwärtsfahrt
gebremst, die Vorzugsdrehrichtung der Bremsscheibe ist durch die
Vorwärtsfahrt
des Kraftfahrzeugs bestimmt. Eine Bremsung bei Rückwärtsfahrt ist viel seltener
und erfolgt zudem bei niedriger Geschwindigkeit und üblicherweise
kleiner Bremskraft. Deswegen braucht für die der Vorzugsdrehrichtung
der Bremsscheibe umgekehrte Drehrichtung keine Vorsorge gegen das
Moment getroffen werden, das zwei mit Versatz in Umfangsrichtung
gegen die Bremsscheibe gedrückte Reibbremsbeläge auf den
Bremssattel ausüben. Trotzdem
sieht eine Ausgestaltung der Erfindung auch in der der Vorzugsdrehrichtung
der Bremsscheibe entgegengesetzten Drehrichtung einen in Umfangsrichtung
kürzeren
verschieblichen Reibbremsbelag vor.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass durch die vollflächige Abdeckung des verschieblichen
Reibbremsbelags durch den gegenüberliegenden
Reibbremsbelag bei einer Bremsbetätigung die beiden gegen die
Bremsscheibe gedrückten
Reibbremsbeläge
kein Moment um eine gedachte Radiale zur Bremsscheibe auf den Bremssattel
bewirken. Einer quer zur Bremsscheibe verschiebliche Führung des als
Schwimmsattel ausgebildeten Bremssattels muss den Bremssattel daher
nicht gegen ein solches Moment abstützen, die Querverschiebung,
auch Schwimmbewegung genannt, des Bremssattels wird nicht erschwert.
Weiterer Vorteil der Erfindung ist eine verbesserte Einleitung der Bremskraft
von den gegen die Bremsscheibe gedrückten Reibbremsbelägen in die
Bremsscheibe und eine gleichmäßigere Flächenpressung
des verschieblichen Reibbremsbelags.
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Die
Unteransprüche
haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch
1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Scheibenbremse
in Ansicht mit Blickrichtung radial von außen auf eine Bremsscheibe;
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2 Reibbremsbeläge der Scheibenbremse
aus 1 gemäß Pfeil
II; und
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3 einen
Schnitt der Scheibenbremse aus 1 in einer
Radialebene zur Bremsscheibe gemäß Linie
III-III.
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Die
Zeichnungen sind als vereinfachte Schemadarstellungen zur Erläuterung
der Erfindung zu verstehen.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Die
in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße, selbstverstärkende elektromechanische
Scheibenbremse 1 weist einen Schwimmsattel 2 als
Bremssattel auf. Der Bremssattel 2 ist ein sog. Rahmensattel,
er weist zwei zueinander parallele, ebene Bremssattelplatten 3 auf,
die mit Ankern 4 starr miteinander verbunden sind. Zwischen
den beiden Bremssattelplatten 3 befindet sich eine Bremsscheibe 5,
zu der die beiden Bremssattelplatten 3 parallel sind. Als
Anker 4 finden Bolzen Verwendung, die sich außerhalb
eines Umfangs der Bremsscheibe 5 befinden. Die Anker 4 und
mit ihnen der Bremssattel 2 insgesamt sind in schematisch
dargestellten Schiebeführungen 6 quer
zur Bremsscheibe 5 verschiebbar geführt. Wegen seiner Verschiebbarkeit quer
zur Bremsscheibe 5 wird der Bremssattel 2 auch als
Schwimmsattel bezeichnet.
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An
der Bremsscheibe 5 zugewandten Innenseiten der Bremssattelplatten 3 sind
Reibbremsbeläge 7, 8 angeordnet.
Einer der beiden Reibbremsbeläge 7 ist
fest, d. h. unbeweglich an der einen Bremssattelplatte 3 angeordnet.
Der andere Reibbremsbelag 8 ist in Umfangsrichtung der
Bremsscheibe 5, genaugenommen auf einer schraubenlinienförmigen Bahn
in einem spitzen Winkel zur Bremsscheibe 5, verschieblich.
Dazu weist der Reibbremsbelag 8 auf einer der Bremsscheibe 5 abgewandten
Rückseite muldenförmige Vertiefungen
auf, die Doppelrampen 9 bilden. Die Doppelrampen 9 erstrecken
sich in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 5, sie sind in
ihrer Längsmitte
am tiefsten und werden in beiden Richtungen flacher, d. h. sie steigen
in beiden Umfangsrichtungen an. Die Bremssattelplatte 3 weist
auf ihrer der Bremsscheibe 5 und damit dem Reibbremsbelag 8 zugewandten
Vorderseite korrespondierende Doppelrampen 10 auf. In den
korrespondierenden Doppelrampen 9, 10 sind Kugeln
oder Walzen als Wälzkörper 11 angeordnet.
Bei einer Verschiebung des Reibbremsbelags 8 in Umfangsrichtung
der Bremsscheibe 5 wälzen
die Wälzkörper 11 auf
diametral gegenüberliegenden
Rampenbahnen der Doppelrampen 9, 10 und drücken dabei
den Reibbremsbelag 8 von der Bremssattelplatte 3 ab
und gegen die Bremsscheibe 5. Dadurch wird der als Schwimmsattel
ausgebildete Bremssattel 2 quer zur Bremsscheibe 5 verschoben
und drückt
den festen Reibbremsbelag 7 gegen die andere Seite der
Bremsscheibe 5, die gebremst wird.
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Zur
Betätigung
der Scheibenbremse 1 wird der verschiebliche Reibbremsbelag 8 immer
in Drehrichtung der Bremsscheibe 5 verschoben. Die drehende
Bremsscheibe 5 übt
eine Reibungskraft in Drehrichtung auf den gegen sie gedrückten Reibbremsbelag 8 aus,
die den Reibbremsbelag 8 zusätzlich in der Verschieberichtung
beaufschlagt. Über
die Doppelrampen 9, 10 wird der Reibbremsbelag 8 gegen
die Bremsscheibe 5 gedrückt.
Die Doppelrampen 9, 10 wandeln somit die von der
drehenden Bremsscheibe 5 auf den gegen sie gedrückten Reibbremsbelag 8 ausgeübte Reibungskraft
in eine Andruckkraft um, die den Reibbremsbelag 8 zusätzlich zu
einer Andruckkraft, die eine noch zu beschreibende elektromechanischen
Betätigungseinrichtung ausübt, gegen
die Bremsscheibe 5 drückt.
Die von der elektromechanischen Betätigungseinrichtung aufgebrachte
Andruckkraft und somit die Bremskraft der Scheibenbremse 1 wird
verstärkt,
die Scheibenbremse 1 weist eine Selbstverstärkung auf.
Die korrespondierenden Doppelrampen 9, 10, in
denen die Wälzkörper 11 wälzen, bilden
eine mechanische Selbstverstärkungseinrichtung 12 der
Scheibenbremse 1. Die in Drehrichtung der Bremsscheibe 5 verschobene
Stellung des Reibbremsbelags 8 bei betätigter Scheibenbremse 1 ist
in 1 mit Strichlinien dargestellt.
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Um
eine Selbstverstärkung
auch bei umgekehrter Drehrichtung der Bremsscheibe 5 zu
erzielen sind die Rampen wie bereits geschrieben als Doppelrampen
mit Anstieg in beiden Umfangsrichtungen der Bremsscheibe 5 ausgebildet.
Bei umgekehrter Drehrichtung der Bremsscheibe 5 wird der
Reibbremsbelag 8 ebenfalls in umgekehrter Richtung, also
wieder in Drehrichtung der Bremsscheibe 5 verschoben und die
Scheibenbremse 1 weist die beschriebene Selbstverstärkungswirkung
auf. Reicht eine Selbstverstärkung
für eine
Drehrichtung der Bremsscheibe 5 aus genügen auch Einfachrampen mit
Anstieg nur in Drehrichtung der Bremsscheibe 5 anstelle
der dargestellten und beschriebenen Doppelrampen 9, 10.
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Zur
Betätigung
der Scheibenbremse 1, d. h. zum Drücken des verschieblichen Reibbremsbelags 8 gegen
die Bremsscheibe 5 weist die Scheibenbremse 1 eine
elektromechanische Betätigungseinrichtung
auf, die hier der klaren Darstellung wegen nicht gezeigt ist. Die
elektromechanische Betätigungseinrichtung
weist einen Elektromotor und ein mechanisches Getriebe auf, ihre
Wirkungsrichtung kann zwischen parallel zur Bremsscheibe 5 bis
quer zur Bremsscheibe 5 sein. Vorzugsweise wirkt die Betätigungseinrichtung
parallel zu den Rampenflächen der
Doppelrampen 9, 10, d. h. in Verschieberichtung des
Reibbremsbelags 8.
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Der
verschiebliche Reibbremsbelag 8 ist in Umfangsrichtung
der Bremsscheibe 5 kürzer
als der feste Reibbremsbelag 7, so dass der bewegliche Reibbremsbelag 8 auch
bei größt möglicher
Verschiebung noch vollflächig
vom feststehenden Reibbremsbelag 7 abgedeckt ist. Dabei
bedeutet maximale Verschiebung des Reibbremsbelags 8 eine
maximale Bremskraft der Scheibenbremse 1 und einen vollständig abgenutzten
Reibbremsbelag 8. Die Reibbremsbeläge 7, 8 sind
in
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2 ohne
sonstige Teile der Scheibenbremse 1 dargestellt, wobei
mit Strichlinien die maximale Verschiebung des beweglichen Reibbremsbelags 8 angedeutet
ist. Die vollflächige Überdeckung des
verschieblichen Reibbremsbelags 8 durch den feststehenden
Reibbremsbelag 7 hat den Vorteil, dass durch die Verschiebung
des Reibbremsbelags 8 bei der Bremsbetätigung kein Versatz der Reibbremsbeläge 7, 8 in
Umfangsrichtung der Bremsscheibe 5 entsteht, der ein Moment
auf den Bremssattel 2 aufgrund der Andruckkräfte der
Reibbremsbeläge 7, 8 gegen
die Bremsscheibe 5 um eine gedachte Radiale zur Bremsscheibe 5 auf
den Bremssattel 2 bewirken würde. Der Bremssattel 2 ist
momentenfrei, seine Schiebeführung 6 braucht
kein Moment abzustützen.
Zudem führt
die Abdeckung des verschieblichen Reibbremsbelags 8 durch
den feststehenden Reibbremsbelag 7 bei betätigter Scheibenbremse 1 zu
einer verbesserten Einleitung der Bremskraft von den Reibbremsbelägen 7, 8 in
die Bremsscheibe 5 und zu einer gleichmäßigeren Flächenpressung des verschieblichen
Reibbremsbelags 8.
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Wie
in 1 und 3 zu sehen, weist der verschiebliche
Reibbremsbelag 8 eine größere Dicke als der feststehende
Reibbremsbelag 7 auf, wobei der Dickenunterschied in der
Zeichnung zur Verdeutlichung übertrieben
stark dargestellt ist. Die beiden Reibbremsbeläge 7, 8 weisen
ein gleiches oder jedenfalls ungefähr gleiches Verschleißvolumen
auf.
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Aufgrund
seiner größeren Erstreckung
in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 5 würde ein mathematischer Flächenschwerpunkt
des feststehenden Reibbremsbelags 7 auf einem kleineren
Radius liegen als der Flächenschwerpunkt
des verschieblichen Reibbremsbelags 8, sofern der feststehende Reibbremsbelag 7 ebenso
wie der verschiebliche Reibbremsbelag 8 die Form eines
Kreisbogenabschnitts hätte.
Der feststehende Reibbremsbelag 7 hat deswegen wie in 2 zu
sehen eine andere Form, so dass die Flächenschwerpunkte der beiden Reibbremsbeläge 7, 8 den
gleichen oder zumindest näherungsweise
den gleichen Radius aufweisen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist der verschiebliche Reibbremsbelag 8 die
Form eines Kreisringabschnitts auf während der feststehende Reibbremsbelag
näherungsweise
die Form eines Kreissegments aufweist. Der feststehende Reibbremsbelag 7 weist
dadurch an seinen Umfangsenden mehr Belagmaterial auf einem größeren Radius auf,
wodurch sich auch sein Flächenschwerpunkt
auf einem größeren Radius
als bei einem Kreisringabschnitt mit gleicher Erstreckung in Umfangsrichtung befindet.
Selbstverständlich
sind auch andere Formen der Reibbremsbeläge 7, 8 möglich und
liegen im Rahmen der Erfindung, bei denen sich trotz größerer Erstreckung
des feststehenden Reibbremsbelags 7 in Umfangsrichtung
die mathematischen Flächenschwerpunkte
beider Reibbremsbeläge 7, 8 auf
dem gleichen oder zumindest näherungsweise
auf dem gleichen Radius befinden. Auch durch die geschilderte Maßnahme wird
eine gleichmäßigere Flächenpressung
der Reibbremsbeläge 7, 8 erreicht.
Durch Flächenschwerpunkte
beider Reibbremsbeläge 7, 8 auf
gleichem oder zumindest näherungsweise
gleichem Radius wird ein durch die Andruckkräfte beider Reibbremsbeläge 7, 8 gegen
die Bremsscheibe 5 bewirktes Moment auf den Bremssattel 2 um
eine gedachte Sekante zur Bremsscheibe 5 vermieden oder jedenfalls
verringert. Auch dadurch werden die Schiebeführungen 6 entlastet.
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Wie
in 3 zu sehen, stimmen die Reibflächenradien der beiden Reibbremsbeläge 7, 8 außen und
innen mit Reibflächenradien
der Bremsscheibe 5 überein.
Mit anderen Worten, radial äußere und
radial innere Ränder
der Reibbremsbeläge 7, 8 sind
deckungsgleich mit Rändern
von Reibflächen
der Bremsscheibe 5. Da sich der verschiebliche Reibbremsbelag 8 in
Umfangsrichtung der Bremsscheibe 5 bewegt gilt dies auch
bei verschobenem Reibbremsbelag 8, d. h. bei betätigter Scheibenbremse 1. Grund
dafür ist,
dass sich weder außen
noch innen Grate an den Reibbremsbelägen 7, 8 oder
der Bremsscheibe 5 bilden, die abbrechen und verklemmen
könnten.
Dies ist sicherheitskritisch und muss deswegen vermieden werden,
was durch die gleichen Reibflächenradien
der Reibbremsbeläge 7, 8 und
der Bremsscheibe 5 erfolgt. In vereinfachter Ausgestaltung
ist denkbar, dass nicht alle Reibflächenradien übereinstimmen, sondern beispielsweise
nur die äußeren Reibflächenradien
beider Reibbremsbeläge oder
die Reibflächenradien
des verschieblichen Reibbremsbelags 7.
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Wie
in 2 und 3 zu sehen ist der innere Reibflächenradius
des verschieblichen Reibbremsbelags 8 kleiner als der innere
Reibflächenradius
des feststehenden Reibbremsbelags 7. Dies hat mehrere Gründe: Zunächst wird
der mathematische Flächenschwerpunkt
des in Umfangsrichtung kürzeren,
verschieblichen Reibbremsbelags 8 nach innen verlagert,
d. h. die Radien der Flächenschwerpunkte der
beiden Reibbremsbeläge 7, 8 werden
einander angenähert
wie durch die andere oben beschriebene Form des feststehenden Reibbremsbelags 7.
Außerdem
wird die Fläche
des in Umfangsrichtung kürzeren,
verschieblichen Reibbremsbelags 8 und damit das Verschleißvolumen
vergrößert.