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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Fahrradbremseinrichtungen und insbesondere einer belüftete Bremsbacke
für eine
Fahrradscheibenbremse.
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Fahrradfahren wird eine immer populärere Form
der Freizeitgestaltung und als Beförderungsmittel. Fahrradfahren
ist zudem zu einem sehr beliebten Wettkampfsport geworden. Ob das
Fahrrad zur Freizeitgestaltung, zur Beförderung oder zum Wettkampf
verwendet wird, die Fahrradindustrie verbessert konstant die Fahrradkomponenten.
Eine spezielle Fahrradkomponente, die über die letzten Jahre ausgiebig
neu konstruiert worden ist, ist das Bremssystem. Als Ergebnis sind
verschiedene Typen von Fahrradbremseinrichtungen gegenwärtig auf
dem Markt erhältlich.
Beispiele einiger Typen von gewöhnlichen
Fahrradbremseinrichtungen sind u. a. Felgenbremsen, Sattelbremsen
und Scheibenbremsen. Wenn ein Fahrer ein Bremssystem mit hoher Leistung
wünscht,
dann bevorzugt der Fahrer typischerweise ein Scheibenbremssystem,
bei dem Bremsbacken gegen eine Bremsscheibe drücken, die sich mit dem Rad
des Fahrrades dreht. Scheibenbremssysteme stellen eine beachtliche
Bremskraft im Verhältnis
zur Stärke
der Bremskraft zur Verfügung,
die auf den Bremshebel ausgeübt
wird. Scheibenbremssysteme liefern zudem ein hohes Niveau an Verlässlichkeit
bei allen Arten von Wetter- und Fahrbedingungen.
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Unglücklicherweise besteht ein Problem
bei Scheibenbremsen derart, dass eine starke Wärmemenge durch den Reibungskontakt
zwischen den Bremsbacken und der sehr schnell mit dem Rad drehenden
Bremsscheibe erzeugt wird. Wenn die Scheibenbremse durch einen hydraulischen
Druck betätigt wird,
kann die Wärme
eine Ausdehnung des Fluids verursachen. Dies wiederum verursacht
ein Phänomen,
das als Dampfsperre (vapor lock) bekannt ist, bei dem die Bremsbacke
sogar dann gegen die Bremsscheibe gedrückt wird, wenn der Bremsmechanismus
gelöst
wird. Um dieses Phänomen
zu vermeiden, sehen einige Bremssysteme einen Isolator zwischen
Bremsbacke und dem Kolben vor, der verwendet wird, um die Bremsbacke
gegen die Bremsscheibe zu drücken.
Während
eine solche Isolierung eine Wärmeübertragung
von der Bremsbacke auf die hydraulischen Komponenten verhindern
kann, um eine Dampfsperre zu minimieren oder zu verhindern, neigt
die Unfähigkeit
Wärme abzuleiten
zur Erzeugung einer exzessiven Wärme
zwischen Bremsbacke und Bremsscheibe. Dies wiederum verursacht, dass
der Reibungskontakt weniger effektiv ist, und riskiert ein Verformen
der Bremsscheibe.
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US
4,036,333 beschreibt eine Bremse für Fahrräder und dergleichen, die einen
Rippenschuh umfasst, mit dem eine Backe aus Reibungsmaterial fest
verbunden ist. Die Rippen stellen eine verbesserte Wärmeableitung
vom Bremsschuh bereit, und die Verbindung liefert eine verbesserte
Wärmeübertragung
an den Schuh. Die Backe ist auf wenigstens drei Seiten frei, so
dass die Wärme
von der Bremsfläche
effizient weggeführt
wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, ist
eine Bremsbacke für
ein Fahrrad mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte
Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung ist auf
eine belüftete
Scheibenbremsbacke gerichtet, die die überschüssige Wärme, die zwischen Bremsbacke
und Bremsscheibe aufgebaut wird, minimiert. Bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält eine
Bremsbacke für
ein Fahrrad eine Grundplatte (Stützplatte),
die eine vordere Fläche,
eine hintere Fläche
und eine Reibungsbacke aufweist, die auf der vorderen Fläche der
Grundplatte angeordnet ist. Die hintere Fläche der Grundplatte enthält eine
Rille, um das Ableiten der durch die Reibung zwischen Bremsbacke
und Bremsscheibe verursachten Wärme
zu erleichtern. Bei einer spezielleren Ausführungsform ist die erste Rille
in einem Zentralabschnitt der Grundplatte angeordnet, eine zweite
Rille ist zwischen einer vorderen Kante der Grundplatte und einer
hinteren Kante der ersten Rille angeordnet, und eine dritte Rille
ist zwischen der ersten Rille und der hinteren Kante der Grundplatte
angeordnet. Um die Wärmeableitung
weiter zu erleichtern, sind eine Mehrzahl erster Belüftungslöcher in
der ersten Rille angeordnet, eine Mehrzahl zweiter Belüftungslöcher in
der zweiten Rille angeordnet und eine Mehrzahl dritter Belüftungslöcher in
der dritten Rille angeordnet.
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Falls gewünscht, kann eine erste seitliche Kante
der Grundplatte eine Mehrzahl erster Kühlrippen definieren, und eine
gegenüberliegende
zweite seitliche Fläche
der Grundplatte kann eine Mehrzahl zweiter Kühlrippen definieren. Die Kühlrippen
können sogar
ohne Rillen und/oder Belüftungslöcher vorgesehen
sein.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht eines Fahrrads, das eine besondere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Scheibenbremseinrichtung
beinhaltet;
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2 ist
eine vergrößerte teilweise
seitliche Aufrissansicht eines Bremssattels und einer Bremsscheibe,
die mit der vorderen Gabel des in 1 gezeigten
Fahrrads gekoppelt sind;
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3 eine
bruchstückartige
vordere Ansicht des Bremssattels, der Sattelkolben und Bremsbacken,
die in der in 2 gezeigten
Scheibenbremsvorrichtung verwendet werden;
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4 ist
eine innere Seitenansicht einer besonderen Ausführungsform von einer Seite
des in 2 gezeigten Bremssattels;
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5 ist
eine innere Seitenansicht einer besonderen Ausführungsform von der anderen
Seite des in 2 gezeigten
Bremssattels;
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6 ist
eine Draufsicht einer besonderen Ausführungsform der in 1 gezeigten Bremssteuereinrichtung;
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7(A-C) sind
Vorder-, Seiten- und Rückansichten
einer herkömmlichen
Bremsbacke;
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8(A-C) sind
Vorder-, Seiten- und Rückansichten
einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform
einer Bremsbacke;
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9(A-B) sind
Vorder-, Seiten- und Rückansichten
der in den 8(A-C) gezeigten
Bremsbacke, wobei gezeigt ist, wie die Sattelkolben an den Belüftungsrillen
ausgerichtet sind;
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10(A-C) sind
Vorder-, Seiten- und Rückansichten
einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
einer Bremsbacke.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
eine Seitenansicht eines vorderen Abschnitts eines Fahrrads 10,
das eine besondere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Scheibenbremsanordnung 12 beinhaltet,
die mit einer vorderen Gabel 14 gekoppelt ist, um die Drehung
eines Rades 16 selektiv zu stoppen. Fahrräder, wie
das Fahrrad 10, sind in der Technik gut bekannt, so dass das
Fahrrad 10 und seine verschiedenen Komponenten hier nicht
im Detail diskutiert und gezeigt werden. Natürlich kann das Fahrrad 10 jede
An von Fahrrad sein, z. B. ein Mountainbike, ein Mehrzweck-(Hybrid-)Fahrrad
oder ein Straßenfahrrad.
Während
nur der vordere Teil des Fahrrads 10 mit der Scheibenbremsanordnung 12 gezeigt
ist, ist dem Fachmann klar, dass auch eine zweite Scheibenbremsanordnung 12 verwendet
werden kann, um das Hinterrad des Fahrrads 10 zu stoppen.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, enthält die Scheibenbremsanordnung 12 eine
Bremssteuereinrichtung 18, einen Bremssattel 20,
der mit der Bremssteuereinrichtung 18 in Wirkverbindung
steht, und eine Bremsscheibe 22. Der Scheibenbremssattel 20 ist
fest mit der Gabel 14 des Fahrrads 10 verbunden,
während
die Bremsscheibe 22 fest mit der Nabe 24 des Rades 16 verbunden
ist. Die Scheibenbremssattel 20 kann jede Art von Scheibenbremssattel
sein, der ausgelegt ist, eine Klemmkraft auszuüben, um die Drehung des Rades 16 des
Fahrrades über
eine Scheibenbremse 22 zu stoppen.
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Die Bremsscheibe 22 ist
eine belüftete Bremsscheibe
und sie enthält
drei Komponenten, die mit der Nabe 24 des Rades 16 über ein
Scheibenhalteelement 26 gekoppelt sind. Genauer werden
acht Befestigungselemente 28 verwendet, um die Bremsscheibe 22 lösbar mit
dem Scheibenhalteelement 26 zu koppeln. Die präzise Verbindung
zwischen Bremsscheibe 22 und dem Scheibenhalteelement 26 ist
bei der vorliegenden Erfindung nicht kritisch. Somit wird die Verbindung
zwischen Bremsscheibe 22 und dem Scheibenhalteelement 26 nicht
weiter diskutiert.
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Wie in den 3-5 gezeigt,
enthält
der Scheibenbremssattel 20 ein Gehäuse 50 und eine Kolbeneinheit 51,
die integral mit dem Gehäuse 50 ausgebildet
ist. Das Gehäuse 50 enthält eine
erste Gehäusehälfte 52a und
eine zweite Gehäusehälfte 52b,
die miteinander in herkömmlicher
Weise mit Bolzen durch Durchführen
der Bolzen durch Öffnungen 30a und 34a in
der ersten Gehäusehälfte 52a und durch Öffnungen 30b und 34b in
der zweiten Gehäusehälfte 52b verbunden
sind. Auch weist die zweite Gehäusehälfte 52b ein
Paar sich nach außen
erstreckende Flansche auf, die ein Montageelement 54 bilden,
um den Scheibenbremssattel 20 an der Gabel 14 des
Fahrrads 10 mit Bolzen zu befestigen. Wenn die Gehäusehälften 52a und 52b durch
Bolzen miteinander verbunden werden, wird zwischen ihnen ein Scheibenbremsenschlitz
zur Aufnahme der Bremsscheibe gebildet.
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Wie in den 4 und 5 gezeigt,
weist die erste Gehäusehälfte 52a ein
Paar kreisförmige
Kolbenausnehmungen 57a und einen inneren Fluidaktivierungsdurchgang 58a auf. Ähnlich hierzu
weist die zweite Gehäusehälfte 52b ein
Paar kreisförmige
Kolbenausnehmungen 57b und einen inneren Fluidaktivierungsdurchgang 58b auf.
Der innere Fluidaktivierungsdurchgang 58a erstreckt sich
zwischen den kreisförmigen
Kolbenausnehmungen 57a und dem inneren Fluidaktivierungsdurchgang 58b der
zweiten Gehäusehälfte 52b.
Anders ausgedrückt,
das Aktivierungsfluid vom Bremsbetätigungsmechanismus 23 strömt in die
zweite Gehäusehälfte 52b und
dann in die inneren Fluidaktivierungsdurchgänge 58a und 58b,
um die Kolbeneinheit 51 zu betätigen.
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Die zweite Gehäusehälfte 52 weist eine
erste Gewindeöffnung 68 in
Fluidverbindung mit dem inneren Fluidaktivierungsdurchgang 58b auf.
Die Öffnung 68 ist
zum Anbringen eines Hydraulik- oder Aktivierungsfluidkanals 86 daran
ausgelegt. Eine zweite Öffnung 70 ist
außerdem
zum Einschrauben eines Ablaufnippels 72 vorgesehen. Die Öffnung 70 ist
in Fluidverbindung mit dem inneren Fluidaktivierungsdurchgang 58b,
so dass Luft aus dem Aktivierungssystem entfernt werden kann. Der
innere Fluidaktivierungsdurchgang 58b verbindet die Kolbenausnehmungen 57b miteinander,
um das Aktivierungsfluid oder das hydraulische Fluid aufzunehmen,
um die Kolbeneinheit 51 zu aktivieren
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Wie in 3 gezeigt,
enthält
die Kolbeneinheit 51 vorzugsweise vier Kolben 74 mit
Isolatoren 73 zum Drücken
gegen ein Paar Bremsbacken 76. Die Kolben 74 werden
schiebbar in Kolbenausnehmungen 57a und 57b zur
Bewegung zwischen einer Löseposition
und einer Bremsposition aufgenommen. Die Bremsbacken 76 befinden
sich an den freien Enden der Kolben 74 zur Bewegung mit
diesen. Anders ausgedrückt,
wenn sich den Kolben 74 von einer Löseposition zu einer Bremsposition
bewegen, bewegen sich auch die Bremsbacken 76 von einer
Löseposition
zu einer Bremsposition. In der Bremsposition greifen die Bremsbacken 76 über Reibung
die Bremsscheibe 22, um die Drehung der Bremsscheibe 22 und
des Rades 16 zu stoppen. In der Löseposition sind die Bremsbacken 76 von
der Bremsscheibe 22 beabstandet, um der Bremsscheibe 22 und dem
Rad 16 ein freies Drehen zwischen ihnen zu ermöglichen.
Die Kolben 74 und Bremsbacken 76 werden aus ihren
Lösepositionen
in ihre Bremspositionen durch ein Aktivierungs- oder Hydraulikfluid
bewegt, das eine Kraft auf die Kolben 74 ausübt. Genauer,
wenn der Bremsbetätigungsmechanismus 23 aktiviert
wird, wird das Aktivierungsfluid unter Druck gesetzt, um die Kolben 74 und
die Bremsbacken 76 in Richtung der Bremsscheibe 22 zu
zwingen.
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Die Bremssteuereinrichtung 18 ist
ausgelegt, um die Kolben 74 in dem Scheibenbremssattel 20 zu aktivieren,
um eine erzwingbare Greifaktion auf die Bremsscheibe 22 auszuüben, um
die Drehung des Vorderrades 16 zu stoppen. Wie in 6 gezeigt, enthält die Bremssteuereinrichtung 18 einen
Bremshebel 85, einen Hydraulik- oder Hauptzylinder (master
cylinder) 82, der einen herkömmlichen
Hydraulik- oder Hauptkolben (nicht gezeigt) enthält, und einen Vorrat für das Aktivierungsfluid 83.
Vorzugsweise ist die Bremssteuereinrichtung 18 eine einzige
Einheit, die am Lenker 15 befestigt ist. Insbesondere enthält die Bremssteuereinrichtung 18 einen
Montageteil 84 und einen Bremshebel 85. Der Montageteil 84 ist
so ausgelegt, dass er an den Lenker 15 in herkömmlicher
Weise geklemmt werden kann. Der Montageteil 84 ist mit
dem Hauptzylinder 82 integral ausgebildet, so dass der
Hauptzylinder 82 und der Vorrat für das Aktivierungsfluid 83 alle
auf dem Montageteil 84 des Bremshebels 85 gehalten
werden. Der Bremshebel 85 ist schwenkbar mit dem Montageteil 84 zur
Bewegung zwischen einer Löseposition
und einer Bremsposition gekoppelt. Normalerweise ist der Bremshebel 85 in
herkömmlicher
Weise zur Löseposition
hin vorgespannt und befindet sich in dieser.
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Wie im Stand der Technik bekannt,
ist der Vorrat für
das Aktivierungsfluid 83 an dem Hauptzylinder 82 befestigt
und befindet sich in Fluidverbindung mit einer inneren Bohrung des
Hauptzylinders (nicht gezeigt), um diesem Aktivierungsfluid zuzuführen. Der
Hauptkolben (nicht gezeigt) ist an einem Ende mit dem Bremshebel 85 verbunden,
um den Hauptkolben in dem Hauptzylinder 82 im Ansprechen auf ein
Schwenken des Bremshebels 85 in axialer Richtung zu bewegen.
Diese Bewegung des Hauptkolbens im Hauptzylinder 82 leitet
den Fluiddruck durch den Kanal für
Hydraulik- oder Aktivierungsfluid 86, der mit dem Scheibenbremssattel 20 verbunden ist.
Das unter Druck gesetzte Aktivierungsfluid bewirkt so, dass die
Kolben 74 und Bremsbacken 76 sich so bewegen,
dass die Bremsscheibe 22 gegriffen wird, um die Drehung
des Rades 16 zu stoppen.
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Die 7(A–C) sind
Vorder-, Seiten- und Rückansichten,
die eine herkömmliche
Bremsbacke 75 zeigen, die in der Vergangenheit verwendet
wurde, um eine Bremsscheibe 22 zu greifen, um die Drehung
eines Rades 16 zu stoppen. Die Bremsbacke 75 enthielt
eine Metallgrundplatte 90 und eine Reibungsbacke 94,
die an einer Vorderfläche 92 der Grundplatte 90 angeordnet
ist. Die Metallgrundplatte 90 hat typischerweise eine gleichmäßig flache
hintere Fläche 96 und
ein Führungsohr 98 mit
einer Führungsöffnung 99
zum Aufnehmen eines Führungsstiftes
(nicht gezeigt) dadurch. Die Grundplatte 90 und die Reibungsbacke 94 erstrecken
sich in einer durch den Pfeil A gezeigten Drehrichtung der Bremsscheibe 22.
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Die 8(A–C) sind
Vorder-, Seiten- und Rückansichten,
die jeweils eine erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bremsbacke 76' zeigen. Wie
bei der Bremsbacke 75 enthält die Bremsbacke 76' eine Metallgrundplatte 100 und
eine Reibungsbacke 104, die auf einer Vorderfläche 102 der Grundplatte 100 angeordnet
ist, wobei die Grundplatte 100 und die Reibungsbacke 104 sich
in die durch den Pfeil A gezeigte Drehrichtung der Bremsscheibe erstrecken.
Die Metallgrundplatte 100 weist auch ein Führungsohr 108 mit
einer Führungsöffnung 109 zur Aufnahme
eines Führungsstiftes
(nicht gezeigt) darin auf. Anders als die herkömmliche Bremsbacke 75 weist
die erfindungsgemäße Bremsbacke 76' jedoch keine
gleichmäßig flache
hintere Fläche
auf. Stattdessen weist die hintere Fläche 111 der Grundplatte 100 eine
hohle erste (zentrale) Rille 120, die etwa auf halbem Wege
zwischen einer vorderen Kante 124 und einer hinteren Kante 128 der
Grundplatte angeordnet ist, eine hohle zweite (erste versetzte)
Rille 132, die sich etwa auf halbem Wege zwischen der vorderen
Kante 124 und der ersten Rille 120 befindet, und
eine hohle dritte (zweite versetzte) Rille 134 auf, die
sich etwa auf halbem Wege zwischen der ersten Rille 120 und
der hinteren Kante 128 befindet. Bei dieser Ausführungsform
erstrecken sich die erste Rille 120, die zweite Rille 132 und
die dritte Rille 134 im wesentlichen senkrecht zur Längsachse
L der Bremsbacke 76, die parallel zur Drehrichtung A verläuft, und
erstrecken sich über
den gesamten Weg von einer ersten Seitenkante 136 der Grundplatte 100 zu
einer zweiten Seitenkante 138 der Grundplatte 100.
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Zusätzlich sind eine Mehrzahl Belüftungslöcher 140,
die sich zu einer inneren Fläche 144 der Reibungsbacke 104 erstrecken,
in der ersten Rille 120, zweiten Rille 132 bzw.
dritten Rille 134 angeordnet. Die Belüftungslöcher 140 unterstützen weiter
die Kühlung
der Bremsbacke.
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Die 9(A–B) sind
Seiten- bzw. Rückansichten
der Bremsbacke 76',
die zeigen, wie die Sattelkolben 74 an der zweiten Rille 132 und
der dritten Rille 134 ausgerichtet sind. Die zweite Rille 132 und die
dritte Rille 134 laufen unter den zentralen Abschnitten
der Kolben 74 so hindurch, dass sie Belüftungsdurchgänge bilden
und die Druckbetätigung
der Kolben 74 nicht beeinflussen.
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Die 10(A–C)sind
Vorder-, Seiten- bzw. Rückansichten,
die eine Brembacke 76''' in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigen. Die Bremsbacke 76''' ist ähnlich zu der in den 8(A–C) gezeigten Bremsbacke 76', so dass die Strukturen,
die dieselben sind wie bei der Bremsbacke 76', gleich nummeriert sind. Die Bremsbacke 76''' unterscheidet
sich von der Bremsbacke 76' darin,
dass die Seite 136 eine Mehrzahl Kühlrippen 150 definiert
und die Seite 138 eine Mehrzahl Kühlrippen 154 definiert.
Die Kühlrippen 150 und 154 unterstützen weiter
die Kühlfunktion.
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Zusätzlich sind wie bei der in
den 8(A–C) gezeigten Bremsbacke 76' eine Mehrzahl
Belüftungslöcher 140,
die sich zu einer inneren Fläche 144 der
Reibungsbacke 104 erstrecken, in der ersten Rille 120,
in der zweiten Rille 132 bzw. der dritten Rille 134 angeordnet.
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Neben der obigen Beschreibung der
beiden erfindungsgemäßen Ausführungsformen
können
andere Modifikationen ohne Abkehr vom Umfang der Erfindung eingesetzt
werden, der durch die anliegenden Ansprüche definiert wird.