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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radtrommelbremsvorrichtung mit einem großen Reibungsradius.
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Trommelbremssysteme umfassen typischerweise einen Bremsring und einen Bremssattel mit mindestens einer Bremsbacke. Dabei ist der Bremsring an dem Rad derart befestigt, dass durch ein Drücken der Bremsbacke gegen die innere Oberfläche des Bremsrings das Rad abgebremst wird.
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Ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung verbesserter Bremssysteme ist die Optimierung des Rausch-, Vibrations- und Rauheitsverhaltens (noise, vibrations and harshness, NVH Verhalten). Beispielsweise ist es wünschenswert, die Masse der Radtrommelbremsvorrichtung so weit wie möglich zu reduzieren, ohne deren mechanische Stabilität und Leistungsfähigkeit nachteilig zu beeinflussen, z. B. um ein gutes dynamisches Verhalten sicherzustellen und Bremsgeräusche bei hohen Frequenzen (Quietschgeräusche) zu vermeiden.
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Ein weiteres Ziel ist es, den Reibungsradius zu maximieren, um die Bremskraft zu reduzieren. Theoretisch könnte der Reibungsradius fast so groß sein wie der Innenradius der Radfelge. Typischerweise ist der Reibungsradius allerdings stark durch die Größe des Bremssattels und der Kopplungsglieder begrenzt, mit denen der Bremsring am Rad befestigt ist.
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Eine Trommelbremsanlage mit großem Reibungsradius ist in dem Dokument
US 4 159 832 A gezeigt, wo der Bremsring über ringförmige Gegenflansche sowohl an der Radfelge als auch am Speichenstern befestigt ist. Das Befestigen des Bremsrings am Speichenstern kann jedoch zu unerwünschten Geräuschen und einem unausgeglichenen/asymmetrischen Bremsverhalten führen, das vermieden werden sollte.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein einfaches und kostengünstiges Design für eine Radtrommelbremsvorrichtung mit einem großen Reibungsradius und hohen Standards hinsichtlich Rauschunterdrückung und Haltbarkeit vorzuschlagen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die in Anspruch 1 beschriebene Radtrommelbremsvorrichtung erfüllt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Eine Radtrommelbremsvorrichtung umfasst eine Radfelge und einen kreisringförmigen Bremsring mit Überbrückungen, wobei die Radfelge und der kreisringförmige Bremsring konzentrisch angeordnet sind und der kreisringförmige Bremsring mit der Radfelge durch die Überbrückungen verbunden ist, sodass Luft zwischen der innere Oberfläche der Radfelge und der äußeren Oberfläche des kreisringförmigen Bremsrings mit einem in eine radiale Richtung des kreisringförmigen Bremsrings weisenden Normalvektor zirkulieren kann.
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Die Radtrommelbremsvorrichtung umfasst auch einen Trommelbremssattel mit mindestens einer Bremsbacke, wobei der Bremssattel und die mindestens eine Bremsbacke am inneren Kreisumfang des kreisringförmigen Bremsrings angeordnet sind. Die mindestens eine Bremsbacke ist dazu ausgebildet, beim Bremsen gegen die innere Oberfläche des kreisringförmigen Bremsrings in eine radiale Richtung des kreisringförmigen Bremsrings zu drücken.
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Die vorgeschlagene Konstruktion ermöglicht es, einen großen Reibungsradius zu realisieren und den kreisringförmigen Bremsring und die Radfelge auf einfache, stabile und rauscharme Weise mittels Überbrückungen zu integrieren. Insbesondere werden Quietschgeräusche stark unterdrückt. Die Radtrommelbremsvorrichtung gemäß der Erfindung unterdrückt auch unerwünschte axiale Schwingungen, Schleppmomente und ein Anziehen des kreisringförmigen Bremsrings aufgrund thermischer Belastung. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, die Kosten, den Kraftstoffverbrauch und den CO2-Ausstoß eines Fahrzeugs zu senken. Ein weiterer Vorteil ist die effiziente Wärmeableitung der verschiedenen Teile der Radtrommelbremsvorrichtung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass alle Komponenten der vorgeschlagenen Radtrommelbremsvorrichtung leicht zu reinigen sind, um beispielsweise Bremsstaub zu vermeiden. Desweiteren verbessert die vorgeschlagene Konstruktion die axiale Steifheit und das NVH-Verhalten und ermöglicht die Verwendung von leichten und kompakten Bremssatteln. Beispielsweise nehmen die Zuleitungen für die Bremsflüssigkeit weniger Platz im Gehäuse des Bremssattels ein.
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Die Radtrommelbremsvorrichtung kann auch einen zusätzlichen Kopplungsring umfassen, der konzentrisch zwischen der Radfelge und dem kreisringförmigen Bremsring angeordnet ist, wobei die äußere Oberfläche des Kopplungsrings mit einem in eine radiale Richtung des Kopplungsrings weisenden Normalvektor mit der inneren Oberfläche der Radfelge flächig verbunden ist und die innere Oberfläche des Kopplungsrings über die Überbrückungen mit dem kreisringförmigen Bremsring verbunden ist. Der Kopplungsring kann der gesamten Struktur mechanische Stabilität verleihen. Durch die Integration der Radfelge und des kreisringförmigen Bremsrings über den Kopplungsring und die Überbrückungen werden außerdem Straßenvibrationen über den Radgummi besser gedämpft.
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Um die Radfelge und den kreisringförmigen Bremsring sowie den Kopplungsring zu verbinden, können verschiedene Befestigungsmittel verwendet werden, beispielsweise mindestens eine Schraube, Pressfügen, Schweißen oder Kleben oder eine beliebige Kombination davon. In der Regel ist es vorteilhaft, wenn möglichst wenige Bauteile am Kopplungsmechanismus beteiligt sind. Beispielsweise können die Überbrückungen mit Schrauben gebildet sein, die den kreisringförmigen Bremsring an der Radfelge und bzw. oder am Kopplungsring fixieren. Vorzugsweise kann der Kopplungsring nur durch Bolzen mit der Radfelge und dem kreisringförmigen Bremsring verbunden werden.
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Vorzugsweise ist der kreisringförmige Bremsring nur über die Überbrückungen, die mit einer inneren Oberfläche der Radfelge verbunden sind, an der Radfelge fixiert. Alternativ sind die Überbrückungen (und damit auch der kreisringförmige Bremsring) mit dem Kopplungsring verbunden, der selbst mit der Radfelge verbunden ist. Dies ermöglicht es, die verschiedenen Teile der Radtrommelbremsvorrichtung auf einfache Weise zu ändern, d. h. zusammenzubauen und auseinanderzubauen. Zusätzlich kann der kreisringförmige Bremsring mit einer Speiche gekoppelt sein, die von der Radfelge abnehmbar ist. Dies kann der gesamten Struktur der Radtrommelbremsvorrichtung weitere mechanische Stabilität verleihen. Alternativ kann der kreisringförmige Bremsring mit den Überbrückungen eine oder mehrere Speichen des Rades vollständig ersetzen.
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Um die Betriebstemperatur der Radtrommelbremsvorrichtung zu verringern, müssen geeignete Mittel zur Wärmeleitung und Wärmeableitung bereitgestellt werden. Dies kann durch eine geeignete Materialauswahl sowie durch Dimensions- und Geometrieüberlegungen für die Radfelge, den kreisringförmigen Bremsring, die Überbrückungen und den Kopplungsring erreicht werden, wie nachstehend detailliert ausgeführt wird.
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Vorzugsweise besteht der Kopplungsring aus einem wärmeisolierenden Material, z. B. einem Keramik- oder einem Polymermaterial. Der Kopplungsring kann auch mit einem Metall oder einer Metalllegierung mit geringer Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise mit einem Metall oder einer Metalllegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit, die kleiner ist als die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium ist, gebildet sein. Durch die Wahl eines wärmeisolierenden Materials für den Kopplungsring wird verhindert, dass die Temperatur der Radfelge erheblich ansteigt, wenn die Bremsbacke an den kreisringförmigen Bremsring angreift und durch Reibung enorme Wärmemengen entstehen. Andernfalls kann eine erhöhte Temperatur der Radfelge den Reifendruck erhöhen, was wiederum die Fahrleistung verschlechtern kann, insbesondere bei Hochleistungsfahrten wie Auto- oder Motorradrennen.
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Vorzugsweise ist der Kopplungsring auch elastisch verformbar, um einen Dämpfungsmechanismus bereitzustellen, der Verformungen der Reifen und bzw. oder der Radfelge unter rauen Fahrbedingungen ausgleicht.
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In einigen Ausführungsformen kann der Kopplungsring auch mit einem wärmeleitenden Material gebildet sein, um eine effiziente Wärmeübertragung von dem kreisringförmigen Bremsring auf die Radfelge zu ermöglichen. Durch Reibung erzeugte Wärme kann Porosität und Defekte, wie Risse, in dem kreisringförmigen Bremsring sowie an dessen Oberfläche erzeugen. Solche Defekte können das Bremsverhalten beeinträchtigen und die Lebensdauer des kreisringförmigen Bremsrings beeinträchtigen. Das Bereitstellen von Mitteln zur Wärmeübertragung von dem kreisringförmigen Bremsring auf die Radfelge ermöglicht es, solchen Ermüdungsproblemen des Bremsrings entgegenzuwirken.
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Im Allgemeinen ist es wünschenswert, das Gewicht der Radtrommelbremsvorrichtung zu reduzieren, um den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emission zu reduzieren. Vorzugsweise bestehen die Radfelge sowie der kreisringförmige Bremsring und die Überbrückungen aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Gusseisen, Edelstahl oder einer Kombination davon.
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Der kreisringförmige Bremsring oder zumindest Teile des kreisringförmigen Bremsrings können auch aus einem geeigneten Reibungsmaterial gebildet sein, was die Reibung zwischen dem kreisringförmigen Bremsring und der Bremsbacke erhöht. Ein solches Reibungsmaterial kann als Beschichtung auf die innere Oberfläche oder Teile der inneren Oberfläche des kreisringförmigen Bremsrings, die mit der Bremsbacke in Berührung kommen, aufgebracht werden. Das Reibungsmaterial kann Stahl, Eisen, Kupfer, Klebematerialien, Asbestmaterialien oder nicht asbesthaltige organische Stoffe, Aluminium, rostfreien Stahl oder einen anderen metallischen Verbundstoff, Oxid, Carbid oder eine beliebige Kombination davon umfassen. Die Reibungsbeschichtung kann unter Verwendung verschiedener Verfahren, wie Sprühen oder chemisches Aufdampfen, aufgebracht werden.
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Eine große radiale Dicke des kreisringförmigen Bremsrings vergrößert die Oberfläche und das Volumen des kreisringförmigen Bremsrings, wodurch die Wärmeleitung und die Wärmeabstrahlung verbessert werden. Eine geringe radiale Dicke des kreisringförmigen Bremsrings verringert jedoch das Gewicht und trägt dadurch zur Kraftstoff- und CO2-Effizienz bei. Die radiale Dicke des kreisringförmigen Bremsrings beträgt vorzugsweise weniger als 80 mm, besonders vorzugsweise weniger als 60 mm. Die Breite des kreisringförmigen Bremsrings beträgt vorzugsweise weniger als 100 mm, besonders vorzugsweise weniger als 80 mm.
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Die Abmessungen des Kopplungsrings sollten so gewählt werden, dass eine stabile Verbindung zwischen der Radfelge und dem kreisringförmigen Bremsring gewährleistet ist. Die radiale Dicke des Kopplungsrings beträgt vorzugsweise weniger als 40 mm, besonders vorzugsweise weniger als 20 mm. Die Breite des Kopplungsrings beträgt vorzugsweise weniger als 60 mm, besonders vorzugsweise weniger als 40 mm.
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Die Überbrückungen dämpfen sowohl axiale als auch radiale Schwingungen des kreisringförmigen Bremsrings. Sie können mit voneinander beabstandet angeordneten Pfosten oder Säulen gebildet sein. Alternativ können die Überbrückungen mit Kreisringen oder voneinander beabstandet angeordneten Kreisringsegmenten gebildet sein. Der Abstand zwischen den Überbrückungen ermöglicht eine Luftzirkulation zwischen der Radfelge und dem kreisringförmigen Bremsring, so dass die äußere Oberfläche des kreisringförmigen Bremsrings mit einem in eine radiale Richtung weisenden Normalvektor effizient gekühlt werden kann. Die Überbrückungen können integraler Bestandteil des kreisringförmigen Bremsrings sein. Insbesondere können die Überbrückungen aus dem gleichen Material bestehen wie der kreisringförmige Bremsring. Die Überbrückungen können auch mit Bolzen gebildet sein, über die der kreisringförmige Bremsring an der Radfelge oder dem Kopplungsring fixiert ist.
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Falls der kreisringförmige Bremsring ohne zusätzlichen Kopplungsring direkt an der inneren Oberfläche der Radfelge fixiert ist, beträgt der Abstand zwischen der inneren Oberfläche der Radfelge und der äußeren Oberfläche des kreisringförmigen Bremsrings vorzugsweise weniger als 30 mm, besonders vorzugsweise weniger als 20 mm. Falls der kreisringförmige Bremsring über einen Kopplungsring an der inneren Oberfläche der Radfelge fixiert ist, beträgt der Abstand zwischen der inneren Oberfläche des Kopplungsrings und der äußeren Oberfläche des kreisringförmigen Bremsrings vorzugsweise weniger als 20 mm, besonders vorzugsweise weniger als 10 mm.
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Um die Reaktionszeit und das Reaktionsmoment des Bremssystems zu verbessern, können die Überbrückungen dem kreisringförmigen Bremsring zusätzliche Elastizität verleihen. Dies ist wichtig für eine einwandfreie Funktion der Bremsanlage bei mehreren kurz hintereinander auftretenden Bremsereignissen.
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Vorzugsweise sind die Radfelge, der Kopplungsring und der kreisringförmige Bremsring symmetrisch zueinander angeordnet, so dass der Schwerpunkt der Radfelge dem Schwerpunkt des kreisringförmigen Bremsrings entspricht und bzw. oder der Schwerpunkt des Kopplungsrings dem Schwerpunkt des kreisringförmigen Bremsrings entspricht. Eine solche Anordnung hilft dabei, die verschiedenen Kräfte, die beim Bremsen sowie beim Fahren ohne Bremsen wirken, gleichmäßig zu verteilen und verbessert die Gesamtstabilität sowie das NVH-Verhalten.
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Der Bremssattel kann an einer beliebigen Winkelposition entlang des inneren Kreisumfangs des kreisringförmigen Bremsrings angeordnet sein. Um einfache Mittel zur Wartung und Reinigung der Radtrommelbremsvorrichtung bereitzustellen, ist der Bremssattel vorzugsweise mit einem maximalen Abstand vom Berührungspunkt zwischen dem Rad und dem Boden angeordnet. Es ist auch möglich, dass die Radtrommelbremsvorrichtung mehrere Bremssattel mit mehreren Bremsbacken umfasst, um die Bremskraft und die wirksame Bremsfläche zu erhöhen.
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Die von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Radtrommelbremsvorrichtung ist für verschiedene Arten von Fahrzeugen geeignet, die von Automobilen, Motorrädern, Bussen und Lastkraftwagen bis zu landwirtschaftlichen Maschinen und Flugzeugen reichen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der 1 und 2 erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht der Radtrommelbremsvorrichtung,
- 2 einen schematischen Querschnitt der Radtrommelbremsvorrichtung entlang der Linie A-A in 1.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Radtrommelbremsvorrichtung, die eine Radfelge 1, einen Kopplungsring 5 und einen kreisringförmigen Bremsring 2 umfasst, die konzentrisch angeordnet sind. Überbrückungen 3 sind integraler Bestandteil des kreisringförmigen Bremsrings 2 und mit der inneren Oberfläche des Kopplungsrings 5 verbunden. Die Überbrückungen 3 sind gleichmäßig beabstandet an dem Kreisumfang des kreisringförmigen Bremsrings 2 angeordnet.
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Eine äußere Oberfläche des Kopplungsrings 5 mit einem in radialer Richtung weisenden Normalvektor ist flächig mit einer inneren Oberfläche der Radfelge 1 verbunden. Eine äußere Oberfläche des kreisringförmigen Bremsrings 2 mit einem in radiale Richtung weisenden Normalvektor ist beabstandet von der inneren Oberfläche des Kopplungsrings 5 angeordnet, wobei der kreisringförmige Bremsring 2 und der Kopplungsring 5 über Überbrückungen 3 verbunden sind, die zwischen der inneren Oberfläche des Kopplungsrings 5 und der äußeren Oberfläche des kreisringförmigen Bremsrings 2 mit einem in radiale Richtung weisenden Normalvektor angeordnet sind. Am inneren Kreisumfang des kreisringförmigen Bremsrings 2 ist ein Trommelbremssattel 4 mit maximalem Abstand zum Boden angeordnet.
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Die Radfelge 1 und der kreisringförmige Bremsring 2 sowie die Überbrückungen 3 bestehen aus Aluminium, wobei die geringe Masse und die hohe Wärmeleitfähigkeit genutzt werden, um die Wärmeableitung zu verbessern und ein Anziehen sowie das Auftreten heißer Stellen zu vermeiden. Der Kopplungsring 5 besteht aus einem elastischen Polymer, das die Radfelge 1 thermisch isoliert.
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Die Radfelge 1 und die Überbrückungen 3 sind über Bolzen mit dem Kopplungsring 5 verbunden. Alternativ können die Überbrückungen 3 als Bolzen ausgeführt sein, die den kreisringförmigen Bremsring 2 direkt an der inneren Oberfläche des Kopplungsrings 5 fixieren. Die Verbindung zwischen dem Kopplungsring 5 und den Überbrückungen 3 oder zwischen dem Kopplungsring 5 und der Radfelge 1 kann alternativ oder zusätzlich durch Pressfügen, Schweißen oder Kleben gebildet werden.
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Die Bremsfläche des kreisringförmigen Bremsrings 2, die einen Teil der inneren Oberfläche des kreisringförmigen Bremsrings 2 bildet, ist mit einem Reibungsmaterial gebildet, das als Beschichtung aus einem Metallverbundwerkstoff mit guter Haftung auf Aluminium, beispielsweise einem Edelstahlverbundwerkstoff, aufgebracht ist.
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In der dargestellten Ausführungsform beträgt die radiale Dicke des Kopplungsrings 5 zwischen 10 mm und 20 mm. Die Breite des Kopplungsrings 5 beträgt zwischen 30 mm und 40 mm. Die radiale Dicke des kreisringförmigen Bremsrings 2 beträgt zwischen 40 mm und 60 mm. Die Breite des kreisringförmigen Bremsrings 2 beträgt zwischen 60 mm und 80 mm. Der Abstand zwischen der inneren Oberfläche des Kopplungsrings 5 und der äußeren Oberfläche des kreisringförmigen Bremsrings 2 mit einem in radiale Richtung weisenden Normalvektor beträgt zwischen 5 mm und 15 mm.
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Alle drei konzentrisch angeordneten Komponenten, d. h. die Radfelge 1, der Kopplungsring 5 und der kreisringförmige Bremsring 2, sind symmetrisch angeordnet und haben einen gemeinsamen Schwerpunkt.
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Eine Querschnittsansicht der Radtrommelbremsvorrichtung entlang der Linie A-A in 1 ist in 2 gezeigt. In den Figuren sind wiederkehrende Merkmale jeweils mit identischen Bezugszeichen versehen. Der Bremssattel 4 umfasst eine Bremsbacke, die innerhalb des Bremssattelgehäuses angeordnet ist. Die Bremsbacke ist so eingerichtet, dass sie sich beim Bremsen in Richtung der inneren Oberfläche des kreisringförmigen Bremsrings 2 bewegt und gegen den kreisringförmigen Bremsring 2 drückt.
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1 und 2 zeigen vier Paare von Überbrückungen 3, wobei jedes Paar von Überbrückungen 3 auf einer gemeinsamen Linie parallel zur Drehachse angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass mehr oder weniger Paare von Überbrückungen 3 den kreisringförmigen Bremsring 2 und den Kopplungsring 5 verbinden. Insbesondere können die Überbrückungen 3 die Speichen des Rades ersetzen, so dass kein separates Speichensystem notwendig ist. Alternativ kann der kreisringförmige Bremsring 2 mit einer separaten Speiche gekoppelt sein, die von der Radfelge 1 abnehmbar ist.
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Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen, die in den Ausführungsbeispielen offenbart sind, können miteinander kombiniert und auch einzeln beansprucht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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