DE19623867C2

DE19623867C2 - Abstützvorrichtung für Bremsbeläge

Info

Publication number: DE19623867C2
Application number: DE1996123867
Authority: DE
Inventors: Johann Iraschko
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1996-06-14
Publication date: 2001-03-01
Anticipated expiration: 2016-06-15
Also published as: DE19623867A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters und eines hieran befestigten Bremsbelags einer Scheibenbremse, wobei sich der Bremsbelaghalter bei Einleitung des Bremsvorganges in Richtung einer Bremsscheibe bewegt und die dabei in Umfangsrichtung der Bremsscheibe vom Bremsbelag auf den Bremsbelaghalter übertragenen Kräfte durch wenigstens ein separates Bauteil abgestützt werden, wobei das Bauteil eine Geometrie aufweist, welche bei Einleitung des Bremsvorganges eine Kippbewegung des Bauteiles relativ zum Bremsbelaghalter und zum Bremssattel mindestens in Axialrichtung der Bremsscheibe und die Anbringung wenigstens einer Befestigungseinrichtung erlaubt, die das Bauteil im unbelasteten Zustand - relativ zu dem mit ihm verbundenen Bauteil - kinematisch definiert, die zur Positionierung des Bauteiles im unbelasteten Zustand wenigstens eine vorgespannte Feder umfaßt.

Eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-OS 23 51 447 bekannt.

Bei der Einleitung des Bremsvorgangs bei einer Scheibenbremse wird der Bremsbelaghalter und der daran befestigte Bremsbelag z. B. durch ein oder mehrere Druckstücke an die Bremsscheibe gepreßt. Der Bremsbelag liegt im "Leerlauf" nie Vollständig an der Bremsscheibe an, sondern es besteht zwangsweise immer ein geringes Spiel, das bei Einleitung der Bremsung überwunden werden muß. Da sich zudem hydraulische bzw. pneumatische Elemente der Bremsanlage, z. B. Bremsleitungen, beim Aufbau eines Bremsdrucks geringfügig ausdehnen, ergibt sich eine gewisse, kurze Zeitspanne, in der sich der Bremsdruck bis zu einem, durch ein Bremspedal vorgegebenen, Maximaldruck aufbaut. Nachdem der Bremsbelag soweit verschoben wurde, daß er die Bremsscheibe mit seiner gesamten Reibfläche zu berühren beginnt, wird er in Umfangsrichtung der Bremsscheibe durch die zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe entstehende Reibkraft mitgenommen, bis er schließlich - wie es z. B. aus der DE 43 12 377 A1 bekannt ist - durch einen am Bremssattel montierten Bremsenträger abgestützt wird Um zu verhindern, daß der Bremsbelaghalter im unbelasteten Zustand zu unerwünscht lauten Schwingungen angeregt wird, ist man bestrebt, das azimutale Spiel zwischen dem Bremsbelaghalter und einem Bremsbelagschacht- bzw. wie aus der DE 43 12 377 A1 bekannt, das Spiel zwischen dem Bremsbelaghalter und dem Bremsenträger - der den Bremsbelaghalter in azimutaler Richtung abstützt, möglichst gering zu halten oder - wie es aus der US 3 885 651 zu entnehmen ist - Schwingungen des Bremsbelaghalters durch eine gewellte Blattfeder, die zwischen dem Bremsbelaghalter und dem Bremsbelagschacht montiert ist, zu dämpfen.

Das Leerlaufspiel zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe soll hingegen ausreichend groß sein, um zu verhindern, daß im Leerlauf der Bremse unerwünscht große Leerlaufreibverluste durch einen teilweise an der Bremsscheibe anliegenden und somit schleifenden Bremsbelag auftreten.

Bei bekannten Scheibenbremsen treten aus den erläuterten Gründen mehrere Probleme auf: da sich die durch das Bremspedal vorgegebene Zuspannkraft erst allmählich aufbaut, liegt der Bremsbelaghalter mit seinem auslaufseitigen Ende, schon bevor die maximale Zuspannkraft erreicht ist, an dem den Bremsbelaghalter in azimutaler Richtung abstützenden Bauteil, z. B. dem Bremsenträger, an.

Bis zum Erreichen der maximalen Zuspannkraft, muß der Bremsbelaghalter an seinem auslaufseitigen Ende gegen eine, dort in Axialrichtung der Bremsscheibe auftretende Reibkraft, z. B. zwischen Bremsbelaghalter und Bremsbelagschacht, verschoben werden. Unter der Annahme Coulomb'scher Reibung berechnet sich diese Reibkraft folgendermaßen:
R = µ_{Belaghalter-Schacht} . N ↔ R = µ_{Belaghalter-Schacht} . µ_{Belag-Scheibe} . Z; dabei sei N die azimutale Abstützkraft des Bremsbelaghalters und Z die effektive Zuspannkraft zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe. Man erkennt also, daß mit zunehmender effektiver Zuspannkraft, auch die Reibungskraft R, die der in die Bremse eingeleiteten Zuspannkraft entgegenwirkt, zunimmt.

Die Folge ist, daß - auch nach dem Erreichen der maximalen, effektiven Zuspannkraft - die Flächenpressung zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe nicht konstant ist; es zeigt sich, daß, aufgrund der erläuterten Reibkraft am auslaufseitigen Ende des Bremsbelaghalters, die Flächenpressung zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe geringer ist als am einlaufseitigen Ende. Hieraus ergibt sich in Umfangsrichtung eine diskontinuierliche Reibleistungsverteilung und somit ein Umfangsschrägverschleiß, d. h. ein größerer Verschleiß des Bremsbelags am einlaufseitigen Ende. Die effektiv an der Bremsscheibe auftretende Zuspannkraft ist - aufgrund der am auslaufseitigen Ende des Bremsbelaghalters auftretenden Reibkraft, die der Zuspannkraft entgegenwirkt - geringer als die in den Bremsbelaghalter eingeleitete Zuspannkraft. Es ergibt sich also ein gewisser Verlust an Bremsleistung.

Die gattungsbildende Literaturstelle beschreibt eine Konstruktion, bei welcher zwar ein Verkippen des Bauteiles bzw. der Feder möglich ist, dies erfolgt aber allenfalls zufällig, so daß eine gleichmäßige Flächenpressung über die gesamte Bremsbelagfläche jedoch nicht funktionssicher und zuverlässig sichergestellt ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die gattungsgemäße Vorrichtung derart weiter zu entwickeln, daß auf einfache Weise und mit hoher Funktionssicherheit eine gleichmäßige Flächenpressung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorspannkraft der Feder durch die Axialkraft wenigstens eines Befestigungselementes abgestützt wird.

Hierdurch wird eine sichere Abstützung der Federkraft gewährleistet, wobei es ohne weiteres möglich ist, ein ausreichendes und definiertes Spiel zwischen dem Befestigungselement und dem Bauteil sicherzustellen, was die Kippbewegung bzw. die Relativdrehung ermöglicht.

Der wesentliche Vorteil der azimutalen Abstützung des Bremsbelaghalters durch ein Bauteil, das in Axialrichtung der Bremsscheibe kippbar ist, ergibt sich aus dem Wegfall der unerwünscht hohen Reibungskraft am auslaufseitigen Ende des Bremsbelaghalters. Dadurch ist es möglich, nahezu die gesamte, von dem/den Druckstück(en) auf den Bremsbelaghalter übertragene Zuspannkraft auch tatsächlich als effektive Zuspannkraft auf die Bremsscheibe zu übertragen.

Man kann durch die Erfindung also ohne besonderen konstruktiven Aufwand die Bremsleistung einer Scheibenbremse erhöhen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist eine längere Lebensdauer der Bremsbeläge; durch die kontinuierliche Bremsdruckverteilung über die Bremsbelagfläche wird der bisher auftretende Umfangsschrägverschleiß vermieden. Ein gleichmäßiger Verschleiß in Umfangsrichtung des Bremsbelags nutzt den Bremsbelag besser aus und erlaubt dadurch längere Wartungsintervalle. Gerade bei Lkw lassen sich somit die regelmäßigen Wartungskosten verringern. Hiermit ergeben sich u. U. sogar Einsparungsmöglichkeiten für den Kunden.

Die Erfindung bietet einen weiteren sicherheitsrelevanten Vorteil: wird ein Fahrzeug mit Feststellscheibenbremse am Hang mit erhöhter Bremsscheibentemperatur abgestellt, so schrumpft während des Abkühlvorgangs die Bremsscheibe und die Bremsbeläge sollen dabei weiterhin durch die Feststellbremsfeder mit konstanter effektiver Zuspannkraft an die Bremsscheibe gepreßt werden. Durch Verwendung eines erfindungsgemäßen, kippbaren Bauteils, ist dies problemlos und ohne Vorspannungsverlust der Feststelleinrichtung möglich. Ein Vorspannungsverlust tritt nicht auf, da die Bremsbeläge durch die kippbare Abstützung praktisch kraftfrei verschoben werden können. Ein Wegrollen des Fahrzeugs nach dem Abkühlen der Bremse ist daher ausgeschlossen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters, bei welcher das kippbare Bauteil am Bremsbelaghalter befestigt ist;

Fig. 2 eine weitere Vorrichtung zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters, bei welcher das kippbare Bauteil am Bremsbelaghalter befestigt ist;

Fig. 3 eine Vorrichtung zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters, bei welcher das kippbare Bauteil mit einem Bolzen gelagert ist;

Fig. 4 eine Vorrichtung zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters, bei welcher das kippbare Bauteil im Bremssattel bzw. an einem im Bremssattel montierten Bauteil befestigt ist.

In Fig. 1 ist der Grundriß (vgl. auch Fig. 2) und Aufriß einer Vorrichtung 1 zur azimutalen Bremsbelagabstützung dargestellt: ein Bremsbelag 3 ist durch eine Befestigungseinrichtung 8 fest mit einem Bremsbelaghalter 2 verbunden. Die Befestigungseinrichtung 8 besteht aus einem Befestigungselement 11 - z. B. einem Niet 12 oder einer Schraube 13 - einer vorgespannten Feder 10 und einer Unterlegscheibe 20. Bei Einleitung des Bremsvorgangs wird der Bremsbelaghalter 2 durch ein Druckstück (nicht dargestellt) in Richtung einer Bremsscheibe 5 verschoben (vgl. Fig. 2). In der Grundrißschnittdarstellung der Fig. 1 befände sich (die nicht dargestellte) Bremsscheibe 5 oberhalb des Bremsbelags 3.

Wenn der Bremsbelaghalter 2 soweit in Richtung Bremsscheibe 5 verschoben wurde, daß das Leerlaufspiel Sp1 (vgl. Fig. 2) zwischen Bremsbelag 3 und Bremsscheibe 5 überwunden wurde, d. h. der Bremsbelag 3 die Bremsscheibe 5 zu berühren beginnt, baut sich am Bremsbelag 3 eine Reibungskraft Ra (vgl. Fig. 2) auf, welche in Richtung der Drehrichtung der Bremsscheibe (in Fig. 2 durch den großen Pfeil angedeutet) zeigt. Der Bremsbelaghalter 2 samt Bremsbelag 3 wird durch die entstehende Reibungskraft Ra um ein Leerlaufspiel Sp2 verschoben. Unter dem Leerlaufspiel Sp2 ist das Spiel zwischen dem kippbaren Bauteil 6 und einem weiteren Bauteil, z. B. einem Bremssattel 7, zu verstehen.

Obwohl der Bremsbelag 3 an der Bremsscheibe 5 anliegt, verschiebt sich der Bremsbelaghalter 2 aufgrund der, wenn auch sehr geringen, elastischen Deformation des Bremsbelags 3 noch eine kleine Strecke in Richtung der Bremsscheibe 5. Der Bremsbelaghalter und somit auch das kippbare Bauteil 6 werden unterdessen durch die Reibkraft Ra (vgl. Fig. 2) gegen den Bremssattel 7 gedrückt, wobei am kippbaren Bauteil 6 - aufgrund der weiteren Verschiebung des Bremsbelaghalters 2 in Richtung der Bremsscheibe 5 - die Reibkraft Rb entsteht, welche dieser Verschiebung entgegengerichtet ist.

Da das am auslaufseitigen Ende des Bremsbelaghalters 2 angeordnete, kippbare Bauteil 6 eine Geometrie aufweist, die es ihm gestattet, sich um den Momentanpol M (vgl. Fig. 2) zu drehen, kann die weitere Verschiebung des Bremsbelaghalters 2 in Richtung der Bremsscheibe 5 problemlos erfolgen. In Fig. 1 wird die Drehbarkeit durch eine konvexe Ausführung der Randfläche 15 erreicht. Alternativ hierzu kann die Drehbarkeit aber auch durch eine leichter fertigbare, kreisförmige Ausführung (vgl. Fig. 2) der Randfläche 15 erreicht werden. Weiterhin wird die leichte Drehbarkeit des Bauteils 6 durch eine ballige Ausführung der Randfläche 14, über die sich das Bauteil 6 gegen den Bremssattel 7 abstützt, erreicht.

Aufgrund der Drehbarkeit des Bauteils 6, muß lediglich die sehr geringe, durch die Drehung entstehende, Federkraft (= Reibkraft Rb) überwunden werden. Diese Federkraft Rb wird durch das Befestigungselement 11, der Unterlegscheibe 20 und dem Bremsbelaghalter 2 abgestützt. Das Befestigungselement 11 ist in den Fig. 1 bis 4 schematisch dargestellt, da mehrere Ausführungsmöglichkeiten (z. B. als Niet 12 oder als Schraube 13) bestehen. Um die Drehung zu ermöglichen, muß das Spiel Sp3 zwischen dem das Bauteil 6 durchsetzenden Befestigungselement 11 und dem Bauteil 6 ausreichend groß sein.

Wird die Bremsung beendet, d. h. baut sich die Zuspannkraft ab, so geschieht dies ebenso wie die Einleitung der Bremsung nicht plötzlich, sondern die (nun veränderliche) Kraft Rb bleibt noch eine gewisse Zeit bestehen. Die vorgespannte Feder 10 versucht den Bremsbelag 3 von der Bremsscheibe 5 wegzurücken, sobald die Federkraft (= Reibkraft Rb) betragsmäßig größer als die Druckkraft auf den Bremsbelaghalter 2 ist. Dies ist kurz bevor die Zuspannkraft den Wert Null annimmt der Fall. Hierdurch wird das Lüftungsverhalten der Scheibenbremse 4 verbessert, da die vorgespannte Feder 10 bei Wegnahme der Zuspannkraft den Bremsbelag 3 wieder von der Bremsscheibe 5 wegzieht und somit ein Leerlaufspiel Sp1 sicherstellt.

Würde der Bremsbelaghalter 2 direkt am Bremssattel 7 anliegen, so ergäbe sich natürlich eine wesentlich höhere Reibkraft Rb und hieraus die oben erläuterten Probleme durch Umfangsschrägverschleiß.

In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters 2 dargestellt, bei welcher das kippbare Bauteil 6 mit einem Lagerbolzen 19 gelagert ist. Das kippbare Bauteil 6 besitzt ein Ohr 17, welches in eine Ausnehmung 16 des Bremsbelaghalters 2 reicht. Das Ohr 17 weist eine Bohrung 18 auf, die einen, das Bauteil 6 mit dem Bremsbelaghalter 2 verbindenden, Lagerbolzen 19 aufnimmt.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das kippbare Bauteil 6 direkt im Bremssattel 7 abgestützt wird. Die Bremsscheibe 5 ist nicht dargestellt, da deren Anordnung und Drehrichtung aus Fig. 2 entnehmbar ist. Bei eingeleiteter Bremsung wird der Bremsbelaghalter 2 auf die ballige Randfläche 14 des Bauteils 6 gepreßt. Der Kraftfluß wird dann über die Randfläche 15 des Bauteils 6 in die Ausnehmung 16 des Bremssattels eingeleitet. Die axiale Verschiebung des Bremsbelaghalters 2, in Richtung zur (nicht dargestellten) Bremsscheibe 5, führt zu einer Drehbewegung des kippbaren Bauteils 6 in Richtung des eingezeichneten Pfeils. Die weitere Funktionsweise ist obigen Beschreibungen analog zu entnehmen.

Alternativ zu den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Befestigungsmöglichkeiten des Bauteils 6 am Bremsbelaghalter 2 bzw. am Bremssattel 7, ist es selbstverständlich auch möglich, das Bauteil 6 an einem im Bremssattel 7 montierten Bauteil (nicht dargestellt), z. B. einem Bremsenträger o. ä., zu befestigen bzw. abzustützen.

Weiterhin ist es denkbar, daß die Befestigungseinrichtung 8 anders ausgeführt wird, als dies in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist: die Befestigung des kippbaren Bauteils 6 könnte z. B. auch durch eine Befestigungseinrichtung 8 erfolgen, welche das Bauteil 6 umgreift, anstatt es zu durchsetzten, wie dies in den Ausführungsbeispielen gezeigt ist. Die dargestellte Schraubenfeder 10 kann selbstverständlich auch durch eine entsprechende Blattfeder ersetzt werden.

Alternativ zur Lagerung des kippbaren Bauteil 6 mit einem Lagerbolzen 19, ist es natürlich auch möglich, am Bauteil 6 einen Zapfen anzubringen, der eine dem Lagerbolzen 19 entsprechende Funktion hat und in eine Ausnehmung des Bremsbelaghalters 2, des Bremssattels 7 oder eines mit dem Bremssattel verbundenen Bauteils 9 eingreift. Ist eine schwimmende Lagerung des kippbaren Bauteils 6 möglich, so kann natürlich auch ganz auf eine Befestigung des kippbaren Bauteils verzichtet werden.

Claims

1. Vorrichtung (1) zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters (2) und eines hieran befestigten Bremsbelags (3) einer Scheibenbremse (4), wobei sich der Bremsbelaghalter (2) bei Einleitung des Bremsvorganges in Richtung einer Bremsscheibe (5) bewegt und die dabei in Umfangsrichtung der Bremsscheibe (5) vom Bremsbelag (3) auf den Bremsbelaghalter (2) übertragenen Kräfte durch wenigstens ein separates Bauteil (6) abgestützt werden, wobei das Bauteil (6) eine Geometrie aufweist, welche bei Einleitung des Bremsvorganges eine Kippbewegung des Bauteils (6) relativ zum Bremsbelaghalter (2) und zum Bremssattel (7) mindestens in Axialrichtung der Bremsscheibe (5) und die Anbringung wenigstens einer Befestigungseinrichtung (8) erlaubt, die das Bauteil (6) im unbelasteten Zustand - relativ zu dem mit ihm verbundenen Bauteil (2, 7, 9) - kinematisch definiert, die zur Positionierung des Bauteiles (6) im unbelasteten Zustand wenigstens eine vorgespannte Feder (10) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkraft der Feder (10) durch die Axialkraft wenigstens eines Befestigungselementes (11) abgestützt wird.

2. Vorrichtung (1) zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters (2) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung (8) das Bauteil (6) mit dem Bremsbelaghalter (2) verbindet.

3. Vorrichtung (1) zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters (2) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung (8) das Bauteil (6) mit dem Bremssattel (7) verbindet.

4. Vorrichtung (1) zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters (2) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung (8) das Bauteil (6) mit einem mit dem Bremssattel (7) verbundenen Bauteil (9) verbindet.

5. Vorrichtung (1) zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters (2) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (11) das Bauteil (6) durchsetzt.

6. Vorrichtung (1) zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters (2) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (11) das Bauteil (6) umgreift.

7. Vorrichtung (1) zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters (2) nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (11) als Niet (12) ausgeführt ist.

8. Vorrichtung (1) zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters (2) nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (11) als Schraube (13) ausgeführt ist.

9. Vorrichtung (1) zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters (2) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine (14) der Randflächen des Bauteils (6), welche Abstützkräfte aufnehmen, ballig, d. h. konvex gekrümmt ausgeführt ist.

10. Vorrichtung (1) zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters (2) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine (15) der Randflächen des Bauteils (6), welche Abstützkräfte aufnehmen, derart ausgestaltet ist, daß sie von einer entsprechenden Ausnehmung (16) im Bremsbelaghalter (2) aufgenommen werden kann.

11. Vorrichtung (1) zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters (2) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine (15) der Randflächen des Bauteils (6), welche Abstützkräfte aufnehmen, derart ausgestaltet ist, daß sie von einer entsprechenden Ausnehmung (16) des Bremssattels (2) bzw. eines mit dem Bremssattel verbundenen Bauteils (9) aufgenommen werden kann.

12. Vorrichtung (1) zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters (2) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Randfläche (15) des Bauteils (6) zapfenförmig (nicht dargestellt) ausgebildet ist.

13. Vorrichtung (1) zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters (2) nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Randfläche (15) des Bauteils (6) als Ohr (17) ausgeführt ist.

14. Vorrichtung (1) zur azimutalen Abstützung eines Bremsbelaghalters (2) nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ohr (17) eine Bohrung (18) zur Aufnahme eines Lagerbolzens (19) aufweist.