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Diese
Erfindung betrifft ein Scheibenbremssystem und insbesondere ein
Scheibenbremssystem zur Verwendung in Serienfahrzeugen.
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Derzeit
haben Serienfahrzeuge wie Kraftfahrzeuge häufig Punkt-Scheibenbremsen mit einer festen Bremsscheibe
und einer Sattelanordnung mit innen liegendem Kolben und Zylinder,
der durch eine hydraulische Flüssigkeit
betätigt
wird. Der Sattel ist entweder vorwärts oder rückwärts bezüglich einer vertikalen Ebene
durch eine Radachse an ein Aufhängungselement
geschraubt und enthält
eine verschiebbare Brücke,
die auf Stiften gleitet, wobei sich ein äußerer Bremsbelag auf dem außen liegenden Ende
der Brücke
befindet. Durch Betätigung
des Bremspedals wird der Kolben nach außen gedrückt, um gegen einen inneren
Bremsbelag anzuliegen und diesen entlang der Brücke mit der Innenseite der
festen Scheibe, die starr an einer Nabe befestigt ist, an der das
Rad montiert ist, in Reibungsbremskontakt zu schieben. Eine auf
die verschiebbare Brücke
ausgeübte
Reaktionskraft bewirkt, dass die Brücke auf den Stiften gleitet
und den äußeren Bremsbelag
fest gegen die Außenseite
der festen Bremsscheibe drückt.
Durch Verlangsamung der festgeklemmten Scheibe, ihrer zugehörigen Nabe
und ihres angebrachten Rads wird somit das Fahrzeug verlangsamt.
Wenn der Kolben verschoben wird, um die Bremsbeläge mit der festen Scheibe in
Kontakt zu bringen, wird eine innere O-Ring-Dichtung zwischen dem
Zylinder und dem Kolben zusammengedrückt und Energie in dieser gespeichert,
die abgegeben wird, wenn der Bremsflüssigkeitsdruck abgelassen wird,
um den Kolben in die entgegensetzte Richtung in seine nicht gebremste
Stellung in den Zylinder zu schieben.
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Diese
herkömmliche
Scheibenbremse wird im Folgenden als „herkömmliche, feste Scheibenbremse" bezeichnet, da ihre
Bremsscheibe an der Radnabe befestigt ist. Im Gegensatz dazu sind
in der Patentliteratur, wie beispielsweise in den US-Patenten 4,844,206
und 4,576,255, der UK-Patentanmeldung 2 184 801 und der südafrikanischen
veröffentlichten
Anmeldung 70/5340, ein Paar verschiebbarer Bremsscheiben, die axial
entlang einer Radnabe gleiten und eine feste Brücke mit einem festen Bremsbelag
an dem distalen Ende der Brücke
haben, und ein hydraulischer Kolben offenbart, der die Bremsscheiben
und die verschiebbaren Bremsbeläge
nach außen
verschiebt, um eine Außenseite
der äußeren Bremsscheibe
mit dem distalen, festen Bremsbelag in Bremskontakt zu bringen.
Das feste Scheibenbremssystem wird häufig verwendet, um insbesondere
die Vorderräder
abzubremsen, während
das verschiebbare Scheibenbremssystem derzeit nicht in Serienfahrzeugen
verwendet wird. Zur Verwendung in Fahrzeugen muss jedes Bremssystem
eine Reihe wichtiger Aufgaben erfüllen, die zum Teil nachstehend
beschrieben sind. Bis jetzt schien es jedoch so, als könnten verschiebbare
Bremssysteme die strikten, anspruchsvollen Kriterien nicht zur Zufriedenheit
der Automobilhersteller oder -anbieter erfüllen. Fahrzeughersteller und
Bremsenanbieter tragen das Risiko von Produkthaftungsklagen oder Rückrufaktionen
und sind daher nicht gewillt, ein neues Bremssystem zu verwenden,
wenn dieses keine überlegenden
Eigenschaften wie geringere Kosten, geringeres Gewicht, verbesserte
Effizienz und Langlebigkeit, oder andere Eigenschaften gegenüber der standardmäßigen festen
Bremsscheibe hat.
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Die
derzeit in Fahrzeugen verwendeten festen Bremsscheibensysteme sind
ziemlich schwer, und es ist ein erstrebenswertes Ziel, das Gewicht
der verschiebbaren Scheibenbremssysteme zu reduzieren. Bei der festen
Bremse sind sowohl die verschiebbare Brücke als auch die Schrauben,
mit denen die Satteleinheit an das Aufhängungselement geschraubt wird,
ziemlich groß und
schwer, und es werden schwere Schiebestifte verwendet, um die verschiebbare
Brücke
zu tragen. Die typische Bremsscheibe an sich ist durch ihre Glocken-
oder Hutform und ihren ringförmigen
Rand, der gegen den Bremsbelag anliegt, ebenfalls ziemlich schwer.
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Das
Gewicht des festen Bremsscheibensystems wirkt sich nicht nur nachteilig
auf den Kraftstoffverbrauch, sondern auch auf die Lenkung aus. Das heißt, die
Bremsen stellen eine ungefederte Masse auf dem zu drehenden und
zu lenkendem Rad dar, das zudem so getragen sein muss, dass es hohen Belastungen
einschließlich
des Bremsmoments und Belastungen stand hält, die dadurch ausgelöst werden,
dass sich ein Rad während
der Fahrt auf einer unebenen Fahrbahn hebt und senkt. Die Gesamtgröße der festen
Scheibenbremse und ihre Lage auf der Fahrzeugaufhängung erfordern
einen großen
umgebenden Raum, der den Sperrwinkel und den Wendekreis des Fahrzeugs
insbesondere bei einigen Radaufhängungen
begrenzt.
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Zusätzlich zu
der Größe, den
Kosten und dem Gewicht gibt es noch die Kriterien Effizienz, Leistung
und Langlebigkeit. Der Bremsverschleiß ist ein Problem der Lebensdauer,
und sowohl Fahrzeughersteller, die zunehmend langfristige Servicegarantien
auf ihre Fahrzeuge geben, als auch der Fahrzeughalter, der letztendlich
den Austausch der Bremsen auf die eine oder andere Weise zahlt,
wünschen sich
langlebigere Bremsbeläge
und Bremsscheiben. Die Lebensdauer der Bremsscheiben kann durch
einen lokalen Reibungskontakt zwischen den Bremsbelägen und
dem Bremsbelag insbesondere in der nicht gebremsten Stellung des
Bremssystems negativ beeinflusst werden. Wenn die Bremsscheibe aus einer
exakt vertikalen Ebene normal zu einer horizontalen Achse durch
die Nabe gekippt wird, tritt ein örtlich verstärkter Reibungskontakt
der Bremsbeläge auf
der Scheibe auf, der eine Ursache für eine Dickenabweichung der
Scheibe (DTV) ist, d.h. eine unterschiedliche Dicke im Querschnitt
der festen Bremsscheibe an verschiedenen radialen Orten von der
Scheibenachse aus. Eine erhebliche DTV führt zu Vibrationen, die der
Fahrer wahrnimmt, und erfordert eine kostspielige Wartung der Bremsen,
um das Vibrationsproblem zu beheben.
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Einige
feste Scheibenbremssysteme haben Geräuschprobleme, die in einem
gewissen Maße durch
zusätzliche
Geräuschunterdrücker gelöst werden
können,
die die Größe, das
Gewicht und die Kosten des Systems erhöhen. Bremssysteme dürfen nicht
klappern und sollten keine Geräusche
machen. Die derzeitige Glocken- oder Hutform von herkömmlichen
festen Bremsen kann Geräusche
verursachen, da ein Auftreffen auf die Scheibe auf Grund der Glockenform
und festen Anbringung an der Nabe eine Geräuschresonanz und ein lautes
Geräusch
verursacht. Daher ist es wünschenswert,
diese geräuschverursachende
Form und die feste Anbringung der Bremsscheibe an der Nabe zu vermeiden.
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Zusätzlich zu
dem vorstehend Genannten kann auch ein „Empfindungsproblem" auftreten, bei dem
der Fahrer das Gefühl
eines langen oder weiten Pedalwegs hat, wenn er die Bremsen betätigt. Manchmal
ist das weit gedrückte
Pedal das Ergebnis eines „Rückschlags" des Betätigungskolbens
in Kolbenrückstellrichtung
in den Zylinder hinein, der hydraulische Flüssigkeit verdrängt und
den Kolben tiefer in den Zylinder schiebt. Durch eine Kurvenfahrt oder
Unebenheiten in der Straße
können
die Aufhängung
oder der verschiebbare Bremssattel abgelenkt werden und den Kolben
zurückdrücken und
bewirken, dass der Fahrzeugführer
beim Bremsen das Gefühl
eines weiten Pedalwegs hat. Eine weitere mögliche Ursache für den „Rückschlag" bei dem herkömmlichen
festen Bremsscheibensystem mit verschiebbarer Brücke ist das Ergebnis einer
anfänglichen
starken Ablenkung des äußeren distalen
Endes der verschiebbaren Brücke
bei hohen Bremslasten, bei denen das distale Ende der Brücke häufig um 0,006
Zoll oder mehr abgelenkt wird. Die verschiebbaren Brücken sind
ohnehin schon ziemlich schwer und massiv, um dem Bremsmoment standhalten
und für
die Steifigkeit für
das distale Ende der Brücke
sorgen zu können.
Wenn der Bremsdruck verringert wird, schnellt das distale Ende der
Brücke
zurück
und kann den Rückschlag
des Kolbens in den Zylinder bewirken.
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Zu
den strengen Temperaturprüfungen,
denen Fahrzeugbremsen unterzogen werden, gehört der Auto Motive Sport-Schwundtest
(AMS-Schwundtest), bei dem die Bremsentemperatur überwacht wird,
während
zehn Bremsstopps über
einen sehr kurzen Zeitabstand hinweg so schnell wie möglich durchgeführt werden.
Kurz gesagt, sieht der AMS-Fahrzeugtest vor, dass der Fahrer das
Gaspedal vollständig
durchtritt, um das Fahrzeug extrem schnell auf 100 km/h zu beschleunigen,
und dann so stark wie möglich
bremst, um das Fahrzeug so schnell wie möglich zum Stillstand zu bringen.
Es wird insgesamt zehnmal schnell beschleunigt und abgebremst und
die Temperatur der Bremsscheiben wird während dieser zehn Zyklen gemessen.
Es ist wünschenswert,
dass die maximale Temperatur der Bremsscheibe unter der Temperatur
gehalten wird, ab der die Bremsscheibe zu rubbeln beginnt („Judder"-Temperatur) und
ab der ernsthafte geometrische und metallurgische Veränderungen
der Scheibe auftreten und die Bremsscheibe beeinträchtigen.
Die Temperatur, ab der ein Rubbeln auftritt, liegt üblicherweise
in dem Bereich von 650° bis
700°C und
es ist schwierig, diesen AMS-Test zu bestehen. Bei diesem AMS-Test
mit einem Leichtfahrzeug, das ein festes Bremssystem hat (mit dem
das verschiebbare Scheibenbremssystem dieser Erfindung verglichen
wird), stieg die Bremsscheibentemperatur auf über 650°C und die Temperaturabnahme
zwischen den Bremsvorgängen
betrug nur etwa 30°C.
Die hierin genannten Testdaten stammen von zwei Fahrzeugen des identischen
Produktionsmodells mit Vorderradantrieb der Klasse B. Sie haben
ein Leergewicht von 1000 kg und ein zulässiges Gesamtgewicht von 1350
kg.
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Es
ist offenkundig, dass die Testdaten für verschiedene Fahrzeuge erheblich
von den hierin beschriebenen Daten abweichen können, die zum Zwecke der Veranschaulichung
eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung genannt sind und als Beschränkung der Erfindung, wie sie
durch die beiliegenden Ansprüche
definiert ist, zu deuten sind.
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Die
Bremsscheibentemperatur kann ferner überwacht werden, um einen Hinweis
auf „nicht
gebremstes" Restdrehmoment
des Bremssystems zu liefern. Obwohl der Fahrzeugführer das
Bremspedal nicht betätigt
und das Fahrzeug entlang einer geraden Strecke lenkt, reiben die
Bremsbeläge
gegen die feste Bremse und bewirken somit, dass die Temperatur der
Bremse deutlich über
Umgebungstempera tur steigt. Eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs und eine scharfe
Wende können
ebenfalls den verschiebbaren Bremssattel mit der festen Bremsscheibe
in Reibungskontakt schieben. Bei einem heutigen Serienfahrzeug mit
geringem Gewicht und einem festen Bremssystem betrug die gemessene
Temperatur mindestens 35°C über Umgebungstemperatur,
wenn die Umgebungstemperatur zwischen 10° und 20°C liegt. Dies macht besonders
gut deutlich, dass heutige feste Bremssysteme in ihrem nicht gebremsten Zustand
ein erhebliches Restdrehmoment und dadurch einen hohen Verschleiß und Kraftstoffverbrauch
haben. Es ist ersichtlich, dass die Glocken- oder Hutform der festen
Bremsscheibe eine uneinheitliche Querschnittsdicke an den Kanten
sowie unterschiedliche Abrundungen hat, die zu einer uneinheitlichen
Ausdehnung führen
können
und dadurch eine Vergrößerung des
umgebenden Raums des Außenrands
der Bremsscheibe und eine Reibung verursachen, wodurch ein hohes
nicht gebremstes Restdrehmoment erzeugt wird.
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Um
herkömmliche
Bremsen bei Einsatz in bergigem Gelände mit steilem Abwärtsgefälle und
einer starken Kurvenfahrt des Fahrzeugs zu testen, wurde eine herkömmliche
Scheibenbremse bei dreißig
Abwärtsfahrten
von einem steilen Berg hinunter gestestet, wobei jede Abwärtsfahrt
etwa vierundzwanzig Minuten dauerte. Diese festen Bremsscheiben
eines Serienfahrzeugs mit geringem Gewicht hatten nach 13 Minuten
Bergabfahrt eine Temperatur von über
600°C und
erreichten gegen Ende eine maximale Temperatur von fast 680°C. Daher
besteht ein Bedarf an einem Scheibenbremssystem, das bei einem derartigen
Test kühler
bleibt, so dass es nicht bei Einsatz in bergigem Gelände eine
Verschlechterung der Bremsscheibe durch Rubbeln verursacht. Diese festen
Scheibenbremsen hatten eine hohe Bremsflüssigkeitstemperatur und schlechte
Soakingkurven nach den Bergfahrten.
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Es
ist ersichtlich, dass die Bremsscheibe bei dem verschiebbaren Bremsscheibensystem
axial auf der Nabe zwischen einer nicht gebremsten Stellung, bei
der das Restdrehmoment gering sein sollte, und einer gebremsten
Stellung gleiten muss, bei der das Drehmoment hoch ist, und dann
in die nicht gebremste Stellung zurückkehren muss, um das Restdrehmoment
zu verringern. Die Gleitverbindung zwischen der Bremsscheibe und
der Nabe muss trotz Korrosionseinwirkung und über einen langen Gebrauchszeitraum
hinweg frei bewegbar sein. Die verschiebbare Bremsscheibe darf bei
niedrigen und hohen Temperaturen nicht laut sein oder quietschen,
nicht schlagen und keinen Staub und keine Vibrationen erzeugen,
die der Fahrer fühlen
oder hören
kann. In der Patentliteratur, beispielsweise in der britischen Patentanmeldung
2 184 801 und dem US-Patent 4,576,255 hat ten die verschiebbaren
Bremsscheibensysteme Keilnuten, die relativ zu der Größe der in diese
Nuten einzusetzenden Scheibenzähne überdimensioniert
waren, und Federvorrichtungen waren auf der Nabe montiert, um die
Scheibe zu veranlassen, eine antreibende Seitenflanke jedes Zahns
mit einer Flanke der übergroßen Keilnuten
in Eingriff zu drehen. Die übergroßen Nuten
wurden verwendet, um zu verhindern, dass sich die vorher erwärmte und nun
abgekühlte
Scheibe in den Nuten verklemmt. Um den „Rückschlag" und ein Klappern zu beheben, wurden
Federn in die Keilnuten eingesetzt, um die Keilflanken auf der Scheibe
und der Nabe miteinander in Anlage zu drücken. Derartige Konstruktionen
bieten keine gute Antriebsverbindung zwischen den Scheiben und der
kerbverzahnten Nabe, sind teuer und erlauben es der Scheibe, bei
hohen Bremsbelastungen auf die Nabe zu schlagen.
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Aus
dem vorstehend Genannten ist ersichtlich, dass ein Bedarf an einem
verbesserten verschiebbaren Scheibenanbringungssystem besteht, das
effizienter ist und keinen Lärm
oder Quietschen erzeugt, wenn sich die Bremsscheiben bei hohen Temperaturen
ausdehnen, und das bei hohen Bremsbelastungen nicht schlägt. Es besteht
zudem ein Bedarf an einem Doppelscheibenbremssystem, das in der
nicht gebremsten Stellung mit niedrigem Restdrehmoment arbeitet,
um DTV und einen Energieverlust zu verringern.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Scheibenbremssystem angegeben, wie es in dem beiliegenden
Anspruch 1 beschrieben ist. Zudem ist ein Brems- und Aufhängungssystem
für ein
Fahrzeug angegeben, das ein Scheibenbremssystem enthält, wie
in dem beiliegenden Anspruch 22 beschrieben. Gemäß der Erfindung ist ferner
ein Scheibenbremsverfahren nach Anspruch 29 angegeben.
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Weitere
Merkmale der Erfindung sind in den beiliegenden Unteransprüchen beschrieben.
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In
den Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung enthält
die Scheibenbremse elastische Mittel sowohl in Bezug auf die Anbringung
der Bremsscheiben auf ihrer Anbringungsnabe als auch in Bezug auf
die Bremsreibungselemente oder -beläge hinsichtlich ihrer festen
Anbringung oder ihres Sattels.
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Die
Struktur und die Festigkeit der elastischen Mittel sind so gewählt, dass
sie, sowohl im Fall der Bremsscheiben als auch im Fall der Bremsreibungselemente,
diese Bauteile der Bremsanordnung in ihren erforderlichen Funktionsstellungen bezüglich der
Struktur halten können,
auf der sie montiert sind. Mit anderen Worten sind die Federn oder
elastischen Mittel für
die Bremsscheiben so konstruiert, dass sie die Bremsscheiben in
nicht gekippten Funktionsstellungen halten, während sie sich drehen. Ebenso
halten die elastischen Mittel für
die Reibungselemente oder -beläge
die zuletzt genannten Strukturen in ihren erforderlichen Stellungen
bezüglich
ihrer festen Anbringung oder ihres Sattels. In beiden Fällen erlaubt
das elastische Wesen der elastischen Mittel unter den dynamischen
Bedingungen, die während
des Gebrauchs des Fahrzeugs auftreten, und auf Grund von Motorvibrationen
und Vibrationen, die durch die Bewegung des Fahrzeugs und durch
die Fahrbahnbeschaffenheit bedingt sind, sowie ähnlichen Faktoren einen gewissen
Bewegungsgrad aus einer definierten Funktionsstellung heraus (entgegen
der linearen axialen Gleitbewegung, die erforderlich ist, um bei
Beginn des Bremsvorgangs die Anlage des Reibungselements an die
Scheibe und bei, Beendigung dessen Lösen zu veranlassen), der unter
normalen Bedingungen bei Gebrauch eines Fahrzeugs erforderlich ist.
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In
dieser Hinsicht ist festzustellen, dass sich die elastischen Mittel
oder Federn, die in den Ausführungsbeispielen
in Bezug auf die Reibungselemente verwendet werden, um diese in
ihren normalen nicht gekippten Stellungen zu halten, erheblich von
den Federn unterscheiden, die in der WO 98/25804 (Register 2561)
und WO 98/26192 (Register 2558) offenbart sind, in denen die Belagfedern
lediglich Federn zum Verhindern von Klappern sind, die nicht dazu
geeignet sind, die Bremsbeläge
gegen eine Kippbewegung zu halten, sondern lediglich ein Klappern
verhindern.
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Desweiteren
sind die Federn für
die Scheiben und die Beläge
in den Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung hinsichtlich ihrer relativen Belastung
ausgeglichen, die auf die Scheiben und die Beläge ausgeübt wird, um ihre nötige Trennung zu
erzielen, wenn der Bremsvorgang unterbrochen wird, und dennoch die
Beläge
und Scheiben gegen ein Kippen bei Gebrauch zu halten. Somit sind
die Federkräfte,
die auf die Beläge
oder Reibungselemente der vorliegenden Erfindung ausgeübt werden, viel
stärker
als diejenigen, die benötigt
werden, um lediglich ein Klappern oder Geräuschentwicklungen zu verhindern.
Die Federkräfte
reichen aus, um zu verhindern, dass sich die verschiebbaren Bremsbeläge oder
Reibungselemente mit den Bremsscheiben unkontrolliert in Kontakt
bewegen. Durch die Verwendung von wesentlich stärkeren Belagsfedern in den vorliegenden
Ausführungsbeispielen
werden die äußeren Ränder der
Bremsscheiben in ihrer Position bei nicht betätigter Bremse positioniert,
um Restbremsmoment zu verringern.
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Wir
haben herausgefunden, dass im Gegensatz zu der Lehre in den oben
genannten WO-Schriften, laut denen gegen ein Kippen montierte Scheiben an
sich hinsichtlich der Ausrichtung der Scheibe zu dem Belag ausreichend
sind, und dass lediglich Anti-Schlag-Federn für die Beläge nötig sind, eine weitere Vorkehrung
wünschenswert
ist, um Restbremsmoment zu verringern. Wir haben nun erreicht, dass das
restliche Drehmoment erheblich verringert werden kann, indem Anti-Kipp-Federmittel
für die
Reibungselemente verwendet werden. Dieses Merkmal umfasst vorzugsweise
die Kombination von elastischen Mitteln im Zusammenwirken mit sich
gegenüberliegenden,
komplementären,
die stellungsdefinierenden Oberflächen auf den Reibungselementen
und ihren Führungsmitteln,
wobei die Anordnung derart erfolgt, dass die gegen Kippen montierte
Bremsscheibe oder die Bremsscheiben zusammenwirken, so dass der
Effekt von während
des Gebrauch entstehenden dynamischen Faktoren, zu denen motor- und
fahrbahnbedingte Vibrationen gehören,
die nach dem Betätigen
der Bremse zu mikroskopischen Wechselwirkungen der Scheiben und
der Reibungselemente führen,
ein relativ gut definiertes Auseinanderbewegen der axial beweglichen
Anordnungspaare (Scheiben und Reibungselemente) erzeugt, was zu
gut definierten Zwischenraumpositionen führt, die ein relativ geringes
Restbremsdrehmoment ermöglichen,
wobei die zufällig
Drehmoment erzeugenden Wechselwirkungseigenschaften der nicht so
gut definierten Positionen der Reibungselemente der Anordnung in
den oben genannten WO-Beschreibungen minimiert oder verhindert werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein neues und verbessertes verschiebbares Scheibenbremssystem
angegeben, das insbesondere für
die Verwendung in Serienfahrzeugen geeignet ist. Dies wird durch
die Verwendung einer einzigartigen Anbringung und Steuerung der
Stellungen der verschiebbaren Bremsscheiben und Bremsbeläge realisiert,
was zu einem geringen Verschleiß der
Reibbelagfläche,
einem geringen nicht gebremsten Restdrehmoment und einer guten Antriebsverbindung zwischen
der Nabe und der verschiebbaren Bremsscheibe führt.
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Die
bevorzugte Konstruktion verwendet Kraftapplikatoren wie Blattfedern,
die zwischen der Nabe und den Bremsscheiben angeordnet sind, um die
Bremsscheiben zur axialen Gleitbewegung schwimmend zu beaufschlagen
und sie gegen ein Schlagen auf die Nabe zu halten, während die Bremsscheiben
einen leichten, zu fälligen
Kontakt mit den Bremsbelägen
haben können.
Die sich drehenden Bremsscheiben verschieben sich dann etwas aus
ihrer gebremsten Stellung in die axiale Richtung auf der Nabe, um
für eine
nicht gebremste Stellung zu sorgen. Diese sich drehenden, schwimmenden Scheiben üben zudem
axiale Kräfte
auf die Bremsbeläge
aus, um diese axial entlang der feststehenden Brücke in ihre nicht gebremste
Stellung zu verschieben. Die Bremsbeläge sind durch Kraftapplikatoren wie
Blattfedern so beaufschlagt, dass ihre Belagflächen parallel zu den Bremsscheiben
gehalten sind und es den Bremsbelagflächen nicht möglich ist,
mit der Bremsscheibe in Eckanlage zu kippen, was zu einem lokalen
Reibungskontakt und somit zu einer Scheibendickenabweichung bei
den Bremsscheiben und einer daraus resultierenden Vibration der
Scheiben führen
kann. Das heißt,
die Feder hält
den Bremsbelag gegen Kippbewegungen und axiale Gleitbewegungen auf
der Trägerbrücke, die
durch Vibration und Trägheitskräfte infolge
des Betriebs des Fahrzeugs verursacht werden. Wenn die Belagflächen auf
der Brücke
kippen können,
sind sie einem lokalen Reibungskontakt ausgesetzt, der Restschleppmoment,
Belagsverschleiß und
DTV in der nicht gebremsten Stellung erhöht. Die Bremsbeläge sind
vorzugsweise durch Blattfedern so beaufschlagt, dass sie auf der
Brücke
schwimmen, und die Bremsscheiben sind durch Blattfedern zwischen
den Scheiben und der Nabe so beaufschlagt, dass sie auf der Nabe
schwimmen, so dass der Kontakt zwischen den Bremsbelägen und
den Scheiben ein leichter, zufälliger
Kontakt ist und dadurch zu einem geringeren Restschleppmoment und
einer geringeren Scheibendickenabweichung führt.
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Vorzugsweise
werden die jeweiligen Blattfederkräfte, die auf die Bremsbeläge und die
Bremsscheiben übertragen
werden, relativ zueinander ausgeglichen, so dass sich das System
durch Einwirkung von Trennkräften
zwischen den Scheiben und den Bremsbelägen aus seinem Bremszustand
in seine nicht gebremste Stellung bewegen kann und die Bremsbeläge dennoch
in der nicht gebremsten Stellung gehalten werden, um unter Vibrationen
und durch das Fahrzeug verursachte Trägheitskräfte nicht zu kippen, wodurch
eine lokale Reibung und DTV verursacht würde. Insbesondere wenn sich
ein Doppelscheiben-Bremssystem aus der gebremsten Stellung in die
nicht gebremste Stellung bewegt, gleitet die äußere Bremsscheibe axial auf
der Nabe, um sich selbst von dem feststehenden, distalen, an der Brücke befestigten
Bremsbelag zu lösen,
und der mittlere verschiebbare Bremsbelag zwischen der ersten Scheibe
und der zweiten Scheibe gleitet axial entlang der Brücke von
der ersten Scheibe weg, um seine äußere Belagseite von der gegenüberliegenden Seite
der ersten Scheibe zu lösen.
Die zweite innere Bremsscheibe gleitet axial entlang der Nabe zu
der Kolben- und Zylinderanordnung hin, um sich selbst von der inneren
Belagseite auf dem mittleren Bremsbelag zu lösen. Der innere verschiebbare
Bremsbelag an dem Kolben gleitet axial nach innen zu der Kolben-
und Zylinderanordnung hin, um seine äußere Reibungsseite von einer
gegenüberliegenden
Seite der zweiten Bremsscheibe zu lösen. Die jeweiligen Blattfedern
auf der Brücke
und auf der Nabe sind ausgeglichen, um dieses Lösen zu ermöglichen, und halten dennoch
die Bremsbeläge
und die Bremsscheiben derart, dass sie unter Vibrationen und Trägheitskräften des
Fahrzeugs, denen ein ungefedertes Bremssystem ausgesetzt ist, nicht
kippen, was zu DTV führen
würde,
und sich nicht ungewollt axial in Anlage bewegen, was zu einem hohen
Restschleppmoment führen
würde.
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Die
schwimmende Doppelscheibe, die verschiebbaren Bremsscheiben und
die schwimmenden Bremsbeläge
der vorliegenden Erfindung stellen ein Bremssystem dar, das den
AMS-Schwundtest mit Temperaturen bestanden hat, die erheblich unter
denen der herkömmlichen
getesteten Scheibenbremse liegen, die den Test nicht bestanden hat.
Diese Doppelscheibenbremsen hatten eine maximale Temperatur von
120°C unter
der maximalen Temperatur der festen Bremse, die sich im Judder-Bereich
befand. Zudem kühlten
sich die Doppelbremsscheiben zwischen den Stillständen um
etwa 80°C
ab, während sich
die standardmäßige feste
Bremsscheibe zwischen den Stillständen nur um etwa 30°C abkühlte. Wichtige
Ergebnisse ließen
sich ferner für
die Temperatur der festen Bremsscheibe und der verschiebbaren Bremsscheiben
feststellen, als diese sich jeweils nach einem Abbremsen bei 100
Meilen pro Stunde abkühlten,
wobei die Temperatur der festen Bremsscheibe über Umgebungstemperatur 3,5
mal höher war
als die der verschiebbaren Bremsscheibe über Umgebungstemperatur. Dies
macht deutlich, dass die verschiebbare Doppelscheibenbremse ein
wesentliches geringeres Schleppmoment hat. Eine Aufgabe der Erfindung
ist es, das Schleppmoment gegenüber
den getesteten 6,0 Newton-Metern bei einer herkömmlichen Scheibenbremse auf
1 Newton-Meter zu verringern. So hat sich herausgestellt, dass das
verschiebbare Doppelscheibenbremssystem der Erfindung im Vergleich
zu einem standardmäßigen festen
Scheibenbremssystem verbesserte Betriebseigenschaften hinsichtlich
der Betriebstemperaturen hat.
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In
dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung
werden gegenüber
einem herkömmlichen
festen Scheibenbremssystem, das einen großen verschiebbaren Sattel hat,
erhebliche Größen- und
Gewichtsreduzierungen für
das verschiebbare Doppelscheibenbremssystem der Erfindung erzielt.
Genauer gesagt, wurde eine ungefederte Gewichtsreduzierung von über 2 kg
für jedes Vorderrad
erzielt. Dies stellt eine erhebliche Gewichtsreduzierung dar und
wirkt sich daher positiv auf den Kraftstoffverbrauch, die Aufhängungskonstruktion,
die Unterdruckbremshilfen, die Lenkbarkeit etc. aus. Gegenüber einer
leichteren, massiven festen Bremsscheibe beträgt die Gewichtsersparnis 2
kg, und gegenüber
einer schwereren, belüfteten,
festen Bremsscheibe kann die durchschnittliche Ersparnis sogar bei
bis zu 3,6 kg pro Vorderrad liegen. Dies ist eine ungefederte Gewichtsreduzierung,
die sich Hersteller von Serienfahrzeugen wünschen.
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Gemäß einem
wichtigen Aspekt der Erfindung ist der Bremszylinder einstückig in
dem Aufhängungsgussteil
oder -achsschenkel über
der Achse auf der vertikalen Mittellinie gebildet. Dieses einstückige Aufhängungsgussteil
reduziert die Anzahl der Teile für
die Aufhängung
und sorgt für
ein kompakteres und leichteres System. Das schwimmende Bremsscheibensystem
drückt
den Kolben während einer
Kurvenfahrt oder anderen dynamischen Bewegungen nicht so leicht
zurück
wie die standardmäßige Scheibenbremse
mit großem
verschiebbarem Sattel. Zudem muss die feststehende Brücke nicht
so groß und
schwer sein wie die verschiebbare Sattelbrücke, die trotz ihrer Größe und ihres
Gewichts bei hohen Bremsbelastungen erheblich ablenkt, beispielsweise
um 0,006 Zoll. Diese großen
verschiebbaren Sattelscheibenbremsen sind für gewöhnlich in etwa 3 oder 9 Uhr-Position
montiert, während
die verschiebbare Doppelscheibenbremse der Erfindung in einer bevorzugten
12 Uhr-Position montiert ist. Zudem ermöglicht die Montierung der Brücke über der Achse
in der vertikalen Mittellinienposition größere Lenkwinkel und einen kleineren
Fahrzeugwendekreis.
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Schätzungen
zufolge liegen die Stückkosten für das hierin
beschriebene Ausführungsbeispiel
der Erfindung wesentlich unter denen eines gängigen festen Bremssystems
für dasselbe
Fahrzeug und können
für dasselbe
Fahrzeug bis zu 35 % geringer sein. Die verschiebbare Doppelscheibenbremse
der Erfindung ist dahingehend konstruiert, dass sie eine Reduzierung
der Kosten, des Gewichts und des umgebenden Raums sowie eine erhöhte Langlebigkeit der
Bremsbeläge
und eine bessere Effizienz bei der Herstellung, dem Zusammenbau
und der Leistung bietet.
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Wird
die verschiebbare Bremsscheibe mit zwei verschiebbaren Bremsscheiben
und vier Bremsbelägen
verwendet, wie beispielsweise an den Vorderrädern eines Serienfahrzeugs,
so kann der benötigte
Bremsdruck etwa 50 % des Bremsdrucks betragen, der heutzutage bei
herkömmlichen
Systemen verwendet wird, die eine feste Scheibe und zwei Bremsbeläge haben.
Höhere,
auf die Bremsscheibe ausgeübte
Bremsdrücke
können
für gewöhnlich zu höheren Scheibentemperaturen
führen.
Die erforderlichen hohen Bremsdrücke
haben zu der weit verbreiteten Verwendung von Bremshilfen wie Unterdruckbremshilfen
und, bei großen
Diesel-Nutzlastwagen, zu
der Verwendung von Vakuumpumpen geführt, die den Unterdruck für das Bremshilfesystem
liefern. Durch die Unterdruckbremshilfen wird das Fahrzeug schwerer
und teurer. Durch den verringerten Bremsdruck dieser Erfindung kann
in einigen Fällen
auf ein Unterdruckbremshilfesystem verzichtet werden oder eine kleinere
Bremshilfe verwendet werden, um den verringerten Bremsdruck zu erzeugen,
der bei der verschiebbaren Scheibenbremse verwendet wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Perspektivansicht einer verschiebbaren Doppelscheibenbremsanordnung
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 ist
eine schematische Ansicht einer äußeren, die
Bremsbeläge
zwangsbeaufschlagenden Feder und einer inneren, die Bremsscheiben zwangsbeaufschlagenden
Feder;
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3 ist
eine Draufsicht der Feder, die die Bremsbeläge zwangsbeaufschlagt;
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3A ist
eine Querschnittsansicht der Feder, die Begrenzungskräfte auf
die Oberseiten der Bremsbelagträger
ausübt;
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4 ist
eine schematische Ansicht von drei Blattfedern, die eine Bremsscheibe
auf einer Nabe zwangsbeaufschlagen;
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5 ist
eine auseinander gezogene Ansicht der gezeigten Anordnung;
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6 ist
eine seitliche Elevationsansicht der gezeigten Anordnung;
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7 ist
der 6 ähnlich,
jedoch zeigt sie die beispielhafte Anordnung im vertikalen Querschnitt;
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8 zeigt
Temperaturabfallkurven für Scheibenbremsen
auf Grund von Restschleppmoment bei nicht betätigten Bremsen;
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9 zeigt
Kurven für
einen AMS-Schwundtest einer standardmäßigen festen Bremse;
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10 zeigt
die Kurven für
einen AMS-Schwundtest einer Doppelscheibenbremse;
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11 ist
ein vertikaler Querschnitt durch eine Aufhängungsverbindung der gezeigten
Anordnung;
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12 ist
eine der 16 ähnliche Ansicht, die jedoch
eine Modifikation der gezeigten Anordnung zeigt;
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13 ist
eine Perspektivansicht einer alternativen Blattfeder mit erhabenen
Rippen;
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14 ist
eine schematische, vergrößerte Ansicht
der Kontaktpunkte zwischen den Blattfedern und der Bremsscheibe;
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15 ist
eine vergrößerte, fragmentarische und
auseinander gezogene Ansicht der Antriebsverbindung zwischen einer
Nabe und einer verschiebbaren Bremsscheibe;
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15A ist der 15 ähnlich,
jedoch ist die Antriebsverbindung vergrößert und in Eingriff, um die
Bremsscheibe mittels der Drehung der Nabe anzutreiben;
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16 ist
eine Ansicht in Richtung des Pfeils XVI in 6;
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17 ist
eine Ansicht in Richtung des Pfeils XVII in 7; und
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18 ist
eine Teilansicht eines Dichtungsrings, der in einen Kolben in einem
hydraulischen Zylinder greift.
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Ausführliche
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Wie
in den Zeichnungen zu Veranschaulichungszwecken gezeigt, ist die
Erfindung durch eine verschiebbare Scheibenbremsanordnung 10 realisiert,
die entweder eine verschiebbare Bremsscheibe 38 oder zwei
oder mehr verschiebbare Bremsscheiben wie beispielsweise ein Paar
Bremsscheiben 38 und 40 (1 und 2)
haben kann, die nachfolgend für
ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb gezeigt sind. In einer Aufhängungs-
und Radanordnung für ein
Fahrzeug mit Vorderradantrieb, wie es im nachfolgenden beschrieben
ist, ist das Gewicht des Fahrzeugs auf dessen Vorderteil konzentriert,
und es wird mehr Bremsmoment auf die Vorderräder als auf die Hinterräder ausgeübt. Es ist
vorgesehen, dass die Hinterradbremsanordnung nur die einzelne verschiebbare
Scheibe und ein einziges Paar Bremsbeläge 50 und 60 hat,
während
die Vorderradbremsanordnung die zweite verschiebbare Scheibe 40 und zusätzliche
Bremsbeläge 54 und 56 auf
einem verschiebbaren Zwischenbelagträger 58 hat. Die vorliegende
Erfindung betrifft und beansprucht ein verschiebbares Scheibenbremssystem,
das eine, zwei oder mehrere verschiebbare Scheiben haben und auch
in anderen Anwendungen als Automobilen verwendet werden kann.
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Herkömmliche
Scheibenbremsen oder Serienfahrzeuge haben eine einzige feste Bremsscheibe (nicht
dargestellt) und ein einziges Paar Bremsscheibenbeläge, und
daher muss ein erheblicher Druck von beispielsweise 70 BAR zwischen
den Belägen und
der festen Scheibe ausgeübt
werden, um das erforderliche Bremsmoment zu erzeugen. Diese erforderlichen
höheren
Drücke
hatte die Verwendung von Bremshilfen wie einer Unterdruckbremshilfe
oder einer Vakuumpumpe zur Folge, um ausreichend Bremskraft zu erzeugen.
Dadurch wird das Fahrzeug teurer und schwerer und es sind ein höherer Druck
in den Bremsleitungen und stärkere
und teurere Bremsflüssigkeitsleitungen
notwendig, die dem hohen Druck standhalten. Durch die Verwendung
der zweiten verschiebbaren Bremsscheibe und eines zweiten Paars
Bremsbeläge,
durch das sich die in Anlage befindlichen Bremsflächen verdoppeln,
erhält
man eine Anordnung, die nur 50 % des herkömmlichen Drucks, beispielsweise
35 BAR benötigt.
Ein höherer
Druck führt
zu einem größeren Verschleiß und höheren Temperaturen,
und bereits aus diesem Grund ist es wünschenswert, die Drücke zu reduzieren.
Die zweite verschiebbare Scheibe ermöglicht es also, das Bremsmoment
auf vier (4) sich in Anlage befindende Reibungsflächen anstatt
auf zwei herkömmliche
Reibungsflächen
aufzutei len und dadurch den Druck, die Wärmeerzeugung und den Verschleiß zu reduzieren.
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Wie
in der Patentliteratur offenbart ist, besteht zwischen den verschiebbaren
Bremsscheiben und der tragenden Nabe, auf der sie gleiten, ein Problem
der Geräuschentwicklung
und des Klapperns. Wie vorstehend beschrieben, können sich die Scheiben auf
300°C bis
600°C erwärmen, wenn
sie extremen Bremsbedingungen wie einer Kurvenfahrt oder einer Bergabfahrt
oder dem schnellen und wiederholten Abbremsen und/oder der Kurvenfahrt
in dem AMS-Test ausgesetzt sind. Diese verschiebbaren Doppelscheibensysteme
waren mit verschiedenen Federmitteln nach dem Stand der Technik
ausgestattet, die auf der Nabe montiert waren, um die Scheiben zu
veranlassen, sich zu drehen und gegen eine antreibende Seitenflanke
eines Scheibenkeilzahns mit einer Gegenflanke zufälliger Natur
in Anlage anzuliegen, was zu einem geringeren nicht gebremsten Restdrehmoment
und einer Reduzierung der DTV führte.
Das heißt,
bei einer Geradeausfahrt kann es zu einem leichten zufälligen Berühren der
Bremsbeläge
und der Bremsscheibe kommen, wobei die Beläge und die Scheibe in Positionen
relativ zueinander gehalten sind, in denen sie nicht kippen können. Der innere,
radial ausgerichtete Kraftapplikator ist zwischen der verschiebbaren
Scheibe und der Nabe angeordnet, um Reibungskräfte für die Nabe und die Scheibe
zu schaffen, was diese gegen ein Gleiten relativ zueinander und
gegen eine Geräuschentwicklung
oder ein hohes Quietschen hält,
wenn sich die Bremsscheibe erwärmt
und ausdehnt. Das heißt,
als die Bremsscheibe kalt war, wurde kein Quietschen oder Geräusch bei
der Keilverbindung erzeugt. Als sich die Scheibe jedoch erwärmte und
ausdehnte, lockerten sich Scheibenkeilelemente oder Zähne 42 (5)
und glitten in Nabenkeile 20 und erzeugten Quietschgeräusche mit
hohen Tönen.
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Wie
noch detaillierter beschrieben wird, umfasst der bevorzugte, radiale
innere Kraftapplikator 44 Federn, vorzugsweise flache Blattfedern 44a,
die tangential zur Nabe an ihren Mittelpunkten 44b (4 und 5)
anliegen und deren äußere Enden 44c mit
inneren Nabenoberflächen
an voneinander beabstandeten Punkten in Kontakt gedrückt werden, wie
in übertriebener
Form in 4 dargestellt ist. Es können noch
mehr voneinander beabstandete Kontaktpunkte bereitgestellt werden,
indem erhabene Rippen 44d auf den Blattfedern 44x vorgesehen
werden, wie in 13 und 14 gezeigt
ist.
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Die
verschiebbare Bremsscheibe 38 ist somit schwimmend an Kontaktpunkten 44c (4)
getragen, wobei die Blattfedern 44a auf der Nabe schwimmen
und die Bremsscheibe durch auf diese ausgeübte Kräfte axial verschoben werden
kann, um die durch die Federn an einer inneren Scheibennabenoberfläche ausgeübten Reibungskräfte zu überwinden.
Dehnt sich die Bremsscheibe auf Grund einer hohen Scheibentemperatur
erheblich aus, so werden die Scheibenzähne in den kälteren Keilnaben locker
und die Reibungskräfte
zwischen den Blattfedern 44a und der Bremsscheibe und der
Nabe verhindern, dass sich die Scheibe relativ zu der Nabe verschiebt
und ein Quietschgeräusch
erzeugt. Die antreibenden Seitenflanken einer Nabenkeilnut. Die Keilnuten
in der Nabe waren relativ zu der Größe der Scheibenzähne überdimensioniert,
um zu verhindern, dass sich die Keilzähne in den Keilnuten verklemmen,
und diese überdimensionierten
Nuten erlaubten es den Scheiben bei hohen Bremsdrücken zu schlagen,
wie in der vorstehend genannten Patentliteratur beschrieben ist.
Das südafrikanische
Patent beschreibt, dass, wenn der Bremsdruck abgelassen wird, Auslösefedern
verwendet werden, um die Bremsscheibe axial entlang der Nabe zu
drücken. Auf
die Bremsscheiben ausgeübte
axiale Federkräfte erhöhen das
nicht gebremste Restreibungsmoment und sollten aus diesem Grund
vermieden werden. Es stellt ein beträchtliches Problem dar, die
verschiebbare Bremsscheibe zu stabilisieren und es ihr dennoch zu
erlauben, bei extremen Temperaturen frei zu gleiten, bei denen die
Bremstemperatur und die Umgebungstemperatur sehr niedrig oder sehr
hoch sind, nachdem sich die Scheibe insbesondere an ihrer verschiebbaren
Antriebsverbindung mit der kälteren Nabe
beträchtlich
ausgedehnt hat. Zudem sollte die Doppelscheibenbremse ein geringeres
nicht gebremstes Restdrehmoment als die herkömmliche feste Scheibenbremse
haben. Um erfolgreich von der Automobilindustrie eingesetzt zu werden,
sollten die verschiebbaren Doppelscheibenbremsen wie oben erwähnt ferner
wesentlich kostengünstiger
und leichter sein, einen geringeren umgebenden Raum und eine erhöhte Langlebigkeit
der Bremsbeläge
haben und effizienter in der Herstellung, dem Zusammenbau und der
Leistung sein.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine verschiebbare Scheibenbremsanordnung angegeben,
die eine oder mehr Bremsscheiben 38, 40 hat, die
auf einer Nabe 14 einer Fahrzeugaufhängung montiert sind, wobei
die Bremsscheibe entlang ihrem radialen Innenabschnitt durch einen
elastischen, radial ausgerichteten Kraftapplikator 44,
der zwischen der Nabe 14 und der Bremsscheibe wirkt, und
durch einen äußeren Kraftapplikator 45 begrenzt,
d.h. auf der Nabe 14 positioniert ist, der am äußeren Rand der
Scheibe angeordnet ist. Diese Konstruktion bietet eine Rotationsgeometrie
für die
Scheiben, um Kontakt zwischen der Scheibe und den Bremsbelägen zu haben,
Blattfedern 44a üben
radiale Kräfte
auf den inneren Nabenabschnitt der Bremsscheibe aus, um diesen im
Allgemeinen in einer Ebene normal zu seiner Drehachse durch den
Mittelpunkt der Nabe zu halten. Diese innere radiale Anordnung der
Federn 44a dient dazu, die Scheibe 38 konzentrisch
mit der Drehachse und innerhalb eines relativ eng bemessenen umgebenden
Raums in dem Zustand nicht betätigter
Bremse zu halten, wodurch der Reibungskontakt zwischen den Reibungsoberflächen des
Bremsbelags und den Bremsscheiben 38, 40 und eine
daraus resultierende Scheibendickenabweichung (DTV) verringert wird.
DTV ist eine Hauptursache für
Vibrationen.
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Gemäß einem
bedeutenden Aspekt der Erfindung schwimmen die verschiebbaren Bremsscheiben 38 und 40 auf
der Nabe 14, und ihr äußerer Randabschnitt
ist in seine nicht gebremste Stellung begrenzt, und jede Scheibe
strebt oder schwimmt in eine nicht gebremste Stellung, die durch
die Anlage mit verschiebbaren Bremsbelägen 50, 54 und 56 gegeben
ist, welche auf den Führungsoberflächen 68 des
brückenförmigen Führungselements 64 gleiten. Wie
am besten aus 2, 3 und 3A ersichtlich
ist, ist ein Bremsbelag-Kraftapplikator 71 so positioniert,
dass er radiale Lasten auf die verschiebbaren Bremsbeläge ausübt, um diese
mit vorbestimmten Federkräften
von einem Gleiten abzuhalten. Die Federkräfte sind wesentlich stärker als
die Kräfte,
die zum Verhindern von Rasseln oder zur Geräuschunterdrückung benötigt werden. Die Federkräfte reichen
aus, die verschiebbaren Bremsbeläge
davon abzuhalten, sich mit den Bremsscheiben unkontrolliert in Kontakt
zu bewegen. Es wurde festgestellt, dass, wenn nur eine geringe Federkraft
zum Unterdrücken
von Geräuschen
ausgeübt
wird, diese Geräusche
zwar verringert werden, die Bremsbeläge jedoch immer noch gegen
die Bremsscheiben reiben und sich verschieben können, was zu Verschleiß und DTV
führt.
Ferner unterstützen
die Bremsbeläge
bei Verwendung von sehr leichten Federn die Positionierung der äußeren Ränder der
verschiebbaren Bremsscheiben nicht, um das nicht gebremste Restdrehmoment
zu verringern. Der dargestellte Kraftapplikator 71 umfasst
ein Paar Blattfedern 71a und 71b (2 und 5),
welche die zwei Funktionen erfüllen,
Rasseln zu verhindern und die Beläge und die Scheiben relativ
zueinander zu positionieren.
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Nachdem
die Bremse betätigt
und gelöst worden
ist, reibt die drehende Bremsscheibe 38 anfänglich gegen
die Bremsbeläge
und die durch diese Reibung erzeugten Kräfte bewirken, dass die Scheibenbeläge 50 und 56 in
entgegengesetzte Richtungen der sich drehenden Scheibe gleiten.
Die Größe der Verschiebung
wird gesteuert, indem die Reibungskraft des Bremsbelag-Applikators überwunden wird.
Im Gegensatz dazu wird die nicht gebremste Restdrehmoment-Stellung
der sich drehenden Bremsscheibe 38 durch die auseinander
bewegten Bremsbeläge
begrenzt, die durch die Kraftapplikatoren gegen weiteres Gleiten
gehalten sind. Die Kraftapplikatorfedern 44 steuern ferner
jegliches seitliches Gleiten der Bremsscheibe 38 entlang
der Nabe. Die Bremsscheibe 38 wird in ihrer unbelasteten
Stellung durch die äußeren Kraftapplikatoren,
die auf abgewandten Seiten des Paars Scheiben wirken, und die inneren
Federn 44 begrenzt, die auf den inneren Nabenabschnitt
der Scheiben wirken. Daher wird die Scheibe so gesteuert, dass sie
zwar gleiten und schwimmen kann, jedoch nicht in die Bremsbeläge kippt,
und dass die Bremsbeläge
zwar kontrolliert gleiten, jedoch nicht gegen die Scheiben kippen,
gegen diese vibrieren oder gegen diese schlagen.
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Die
Doppelscheibenbremseinheit 10 der vorliegenden Erfindung
hat auf Grund ihrer vorstehend beschrieben Schwimmgeometrie ein
wesentlich geringeres Schleppmoment, d.h, nicht gebremstes Restdrehmoment,
wie in Verbindung mit 8 beschrieben ist, die ein typisches
Ergebnis für
die Temperaturkurven von 100 km/h für die verschiebbare Doppelscheibenbremse
gegenüber
einer herkömmlichen
feststehenden Scheibenbremse zeigt. Die Kurven 13A der
herkömmlichen
feststehenden Bremse betragen im besten Fall unverändert 35°C über der Umgebungstemperatur,
während
die verschiebbare Doppelscheibenbremse 10 weiter abkühlt und
sich bei 10° über der
Umgebungstemperatur stabilisiert, wie durch die gerade Linie 13B gezeigt
ist. Für
gewöhnlich
hatte die herkömmliche
Sattelbremse eine Temperatur von 50°–70°C über der Umgebungstemperatur.
Die Annahme für
diesen Versuch ist, dass das dynamische Schleppmoment auf Grund
des Kontakts der Scheibenfläche
mit dem Belag proportional zu der Temperatur an der Scheibe ist.
Die vorliegende Erfindung ist dazu bestimmt, vorzugsweise ein geringes
Restdrehmoment zu erzeugen, d.h. ca. 1 Newtonmeter oder weniger
im Gegensatz zu ca. 6 Newtonmeter bei der feststehenden Scheibenbremse
an dem hierin getesteten Fahrzeug.
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Gemäß der Erfindung
müssen
die Bremsscheiben 38 und 40 eine flache und planare
Rotationsebene haben und im Wesentlichen normal zu der Drehachse 9 (2)
sein. Die Bremsscheibenbeläge haben äußere planare
Oberflächen 50a, 54a; 56a und 60a,
die durch die Federn 71a und 71b parallel zu den
ringförmigen
Oberflächen 38a und 40a der Bremsscheibe
an dem äußeren Randabschnitt
der Bremsscheiben 38 und 40 gehalten sind. Ist
die Scheibengeometrie leicht gekrümmt, d.h. keine flache planare
Oberfläche,
so wurde festgestellt, dass stellenweise Reibung und Verschleiß an einer
unteren Ecke 50b der Zylinderbremsbeläge 50 und an der oberen äußeren Ecke 54b des
abgewandten Bremsbelags 54 auf dem verschiebbaren Belagträger 58 auftraten,
wie in 2 gezeigt ist. 2 zeigt
eine erheblich übertrieben
dargestellte gekippte Scheibe 38 in Linien, um den dargelegten
Gedanken zu verdeutlichen. Die nicht flache Bremsscheibe hatte keinen
zufälligen
Kontakt mit den Bremsscheiben 38 und 40, sondern
hatte auf Grund der Scheibenkrümmung
stellenweise Reibungskontakt an den inneren und äußeren Ecken 50b und 54b während jeder
oder fast jeder Umdrehung der Bremsscheibe. Dies führte zu
erheblichen Scheibendickenabweichungen und Vibrationen der Bremse.
Als die nicht flachen Scheiben durch flache Bremsscheiben ersetzt
wurden, wurde die zufällige
Anlage der Beläge
und der Scheiben erneut erzielt und DTV und mit DTV verbundenen
Vibrationen wurden verhindert. Trägt eine örtlich begrenzte Stelle die
Last, so führt
dies zu Verschleiß und
einem Pumpvorgang bei der Radfrequenz.
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Obgleich
hierin nicht dargestellt, wurde jedoch herausgefunden, dass, würden die
verschiebbaren Bremsbelagoberflächen 50a, 54a und 56a (2)
nicht in paralleler Beziehung zu den Bremsscheibenflächen 38a und 40a gehalten,
sondern wären
freitragend oder lose auf der Brücke
montiert, so könnten
die Bremsbeläge
kippen oder verkannten und zu DTV und daraus resultierende Vibrationen führen, wie
es vorstehend für
eine nicht flache Bremsscheibe beschrieben ist. Mit anderen Worten waren
die Federn 71a und 71b stark genug, um die Bremsbeläge gegen
ein Kippen zu halten, welches ihre planaren Belagoberflächen 50a, 54a und 56a von
zu der Drehachse 9 senkrechten Ebenen verschieben würde und
eine ihrer Ecken in kontinuierlichen lokalen Reibungskontakt mit
einer sich in der nicht gebremsten Stellung befindenden Bremsscheibe
bringen würde.
Daher ist die Schwimmgeometrie der Bremsscheiben und die Begrenzung
der Bremsbeläge
und Scheiben zum Erzielen eines zufälligen Kontakts an der nicht
gebremsten Stellung ein wichtiger Aspekt der Erfindung.
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Es
wurden AMS-Schwundtests durchgeführt,
um die Leistung der verschiebbaren Doppelscheibenbremsanordnung 10 dieser
Erfindung mit standardmäßig ausgestatteten
feststehenden Bremsscheiben zu vergleichen, und die Ergebnisse sind
in 9 und 10 dargestellt. Wie aus 9 ersichtlich
ist, gibt es auf dem Graphen zehn Spitzenwerte, einen für jeden
der zehn Bremsstopps, wobei sich die Bremsen abkühlen und eine Temperaturabnahme
von ca. 30°C
und eine maximale Scheibentemperatur von ca. 700°C aufweisen, was den Judder-Bereich
darstellt. Im Gegensatz dazu hatte die verschiebbare Doppelbremsscheibenanordnung eine
maximale Temperatur von 580°C
(10) oder ca. 120°C weniger als die herkömmliche
Scheibenbremse. Die Temperaturabnahme zwischen den Bremsvorgängen betrug
ca. 80° im
Vergleich zu einer Temperaturabnahme von lediglich 30°C bei herkömmlichen
Scheibenbremsen. Somit hat die vorliegende Erfindung den AMS-Schwundtest
bestanden, während
die getestete herkömmliche
Bremse den Test nicht bestanden hat.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist bei der bevorzugten Antriebsverbindung 19 die
Größe der Bremsscheibenzähne 42 so
gewählt,
dass sie in die Nuten 20 entlang beider Nutenflanken 21 passen, ohne übergroße Nuten
verwenden zu müssen.
Im Gegensatz dazu wurden im Stand der Technik übergroße Keilnuten und kleine Federn
in diesen verwendet, um in die antreibenden Seitenflanken der Nabe und
der Scheibe zu greifen; diese Lösung
nach dem Stand der Technik führte
jedoch zu anderen Problemen wie ein Schlagen der Scheibe auf der
Nabe. Die Antriebsverbindung der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise
sehr effizient, ähnlich
einem Paar in Eingriff stehender Zahnräder, bei denen der Kontakt eine
Kontaktlinie über
den in Eingriff genommenen Flanken 21 (15A) anstelle eines kleinen Kontaktpunktes ist,
um für
geringere Einheitsdrücke
zu sorgen. Vorzugsweise erhält
man die Kontaktlinie in Abhängigkeit
davon, ob die Bremsscheibe eine hohe oder niedrige Temperatur hat.
Die plastische Verformung an den in Eingriff genommenen Nutenoberflächen sorgt
dafür,
dass die in Eingriff genommenen Nutenelemente korrosionsfrei bleiben.
Die vorliegende Erfindung behebt den Brinelleffekt, die Stauberzeugung
und die Krümmung
der Scheibe bei hohem Bremsmoment.
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Die
Nabe 14 ist ein einstückiges
Gussstück und
hat herkömmlicherweise
einen hohlen zylindrischen hinteren Vorsprung 14a, der
einen kerbverzahnten Innenraum und einen Außenraum hat, der eine Anbringung
für Rollenlager 16 (7)
darstellt. Ein kerbverzahnter Vorsprung eines Gleichlaufgelenks
(nicht dargestellt) am Ende einer Antriebswelle ist derart in dem
Vorsprung aufgenommen, dass die Nabe durch die Antriebswelle auf
den Lagern 16 gedreht werden kann. Die Nabe hat ferner
einen ringförmigen
scheibenähnlichen
Abschnitt 14b, von dem aus sich der Abschnitt nach hinten
erstreckt. Die Nabe stellt eine Anbringung für das Rad (nicht dargestellt)
dar, die durch in Löchern 14d aufgenommene Schrauben
gegen eine vordere Oberfläche
des Abschnitts 14b geschraubt ist. Die Nabe hat ferner
einen hohlen zylindrischen hinteren Vorsprung 14c, der
einen größeren Durchmesser
hat als der Abschnitt. Der Abschnitt steht von der äußeren Kante des
Abschnitts 14b ab. Der Abschnitt 14c hat eine äußere Oberfläche, die
mit Nuten 20 versehen ist, die parallel zu der Achse 22 verlaufen,
um die sich die Nabe dreht. Die Nuten 20 sind an vier gleichmäßig voneinander
beabstandeten Stellen entlang dem Umfang angeordnet.
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Die
Aufhängungsverbindung 12 (11)
ist ein einstückiges
Gussstück
und umfasst einen herkömmlichen,
hohlen, zylindrischen Abschnitt 12a, der eine Anbringung
für die
Lager 16 darstellt, so dass sich die Nabe 14 an
der Verbindung dreht. Die Verbindung umfasst ferner eine obere 24 und
eine untere Anbringung 26 für Träger der Verbindung. Die obere
Anbringung ist durch einen Abschnitt 12b der Verbindung
gebildet, der sich von einem Abschnitt 12c nach hinten
erstreckt, der sich von dem Abschnitt 12a nach oben erstreckt.
Der Abschnitt 12b hat eine herkömmliche Form und bildet zwei
halbzylindrische Arme (5), die zusammen eine Klemme
bilden, die durch eine Schraube (nicht dargestellt) festgezogen
werden kann, die sich durch Ausbohrungen 28 in den Armen
und über
einen Spalt zwischen diesen erstreckt. Ein McPherson-Federbein (nicht
dargestellt) kann derart zwischen die Arme des Abschnitts 12b geklemmt
werden, dass sich die Verbindung um die Längsachse des Federbeins drehen
kann.
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Die
untere Anbringung 26 ist durch einen Abschnitt 12d der
Verbindung 12 gebildet, der von dem Abschnitt 12a der
Verbindung nach unten ragt. Dieser Abschnitt 12d hat eine
herkömmliche
Form und eine vertikale Ausbohrung 30, um einen Stift einer Kugelgelenkverbindung
(nicht dargestellt) aufzunehmen, und zwei horizontale Ausbohrungen 32,
in denen Schrauben (nicht dargestellt) aufgenommen werden können, die
die Verbindung mit einer Zugstange (nicht dargestellt) verbinden.
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Die
Verbindung 12 umfasst zudem einen Arm 34 zur Verbindung
mit einer Spurstange (nicht dargestellt) eines Lenksystems des Fahrzeugs.
Der Arm 34 hat eine herkömmliche Form und ist durch
einen Abschnitt 12e der Verbindung 12 gebildet,
der von dem Abschnitt 12a der Verbindung zur Seite ragt. Der
Arm 34 umfasst eine vertikale Ausbohrung 36, durch
die der Arm drehbar mit der Spurstange verbunden werden kann. Zum
Lenken des Fahrzeugs wird die Spurstange bewegt, um die Verbindung
zu veranlassen, sich an dem Gelenk 18 und den Anbringungen 24 und 26 zu
drehen.
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Die
gezeigte Anordnung 10 umfasst zudem die beiden Bremsscheiben 38 und 40,
die drehbar mit der Nabe 14 befestigt sind. Die beiden
Scheiben sind identisch und auf der Nabe 14 für eine begrenzte
Bewegung in einer Richtung montiert, die allgemein parallel zu der
Achse 22 ist, um die sich die Nabe dreht. Insbesondere
hat jede Scheibe die Form einer flachen ringförmigen Platte und nach innen
ragende Zähne 42.
Wie am besten aus 5, 15 und 15A ersichtlich wird, haben die Bremsscheiben 38 und 40 vorzugsweise
jeweils eine begrenzte Anzahl breiter Zähne, d.h. die gezeigten vier
Zähne 42, die
mit den Keilnuten 20a der Nuten 20 an der Nabe in
Eingriff stehen. Die in diesem Fall vier Keilnuten 20a haben
Flankenwände 21 (15),
die Flankenwänden 42a an
den Bremsscheibenzähnen 42 entsprechen.
Die in Eingriff genommenen Flanken 21 und 42a haben
einen Winkel A für
ihre jeweiligen Zahnflanschwinkel. Es ist offensichtlich, dass die
Anzahl der Zähne
und Nuten variiert werden kann. Auf Grund hoher Lasten, die an den
dünnen
Zähnen 42 auf
diesen relativ dünnen
Bremsscheiben erzeugt werden, ist es wahrscheinlich, dass sich besonders nach
Erwärmungen
auf hohe Temperaturen, nach Abkühlzyklen
und Hochlastzyklen auf Grund der Last Risse bilden. Um solche Lasten
zu verringern, sind große,
gebogene Last verringernde Ausrundungen oder Aussparungen 42b in
den entsprechenden Bremsscheiben vorgesehen. Hierin sind die Last
verringernden Ausrundungen, wie in 15 und 15A gezeigt ist, auf jeder Seite eines Zahns 42 vorgesehen
und bilden allgemein semizylindrische Querschnittsöffnungen
auf jeder Seite eines jeden Zahns, wenn die Zähne in eine Keilnut eingepasst werden,
wie in 15A gezeigt ist.
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Wie
am besten aus 5 ersichtlich ist, sind die
vier Nuten 20 auf der Nabe relativ klein im Vergleich zu
den vorstehenden Zähnen 20b,
die zwischen jedem Paar benachbarter Nuten 20 definiert sind.
Diese sich auf der Nabe befindenden Zähne 20b haben große bogenförmige Oberflächen 20c, gegen
welche die Blattfedern 44 anliegen. Daher hat jede Blattfeder 44 am
Umfang einen großen
Kontaktbereich mit inneren bogenförmigen Oberflächen 42c der
Bremsscheibe an der Stelle zwischen darauf vorhandenen abhängigen Zähnen 42.
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Vier
Blattfedern 44 sind auf der Nabe 14 montiert,
um elastische Kraft ausübende
Mittel bereitzustellen, um radiale Kräfte zwischen der Nabe und den
Scheiben 38 und 40 auszuüben. Diese radialen Kräfte halten
die Scheiben davon ab, auf der Nabe zu kippen, verhindern ein Schlagen
und steuern das Gleiten der Scheiben entlang der Nabe. Die Elastizität der Federn
erlaubt es, wie oben beschrieben, eine Wärmeausdehnung aufzunehmen.
Die Federn sind auf geeignete Weise beispielsweise durch Schrauben 46 an
der äußeren Oberfläche 20c des Nabenabschnitts 14c in
den Lücken
zwischen den Keilnuten 20a befestigt. Jede der vier Federn
greift in beide Scheiben 38 und 40 in den Bereichen
zwischen den Zähnen 42 ein,
wodurch jede Scheibe an vier Punkten elastisch befestigt ist. Die
Scheiben können auf
der Nabe parallel zur Achse 22 gleiten, wobei die Zähne in den
Keilnuten 20a gleiten.
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Wie
am besten aus 4 ersichtlich ist, steht die
flache Blattfeder 44 mit der Nabe an Punkt 44b in
Eingriff und hat eine Kontaktdrucklinie mit dieser; und die äußeren Enden
der Feder 44c sind nach unten gebogen, um einen Kontaktdrucklinieneingriff mit
den Scheiben 38 und 40 an diesen gebogenen Federenden
zu schaffen. Gemäß der schematischen Darstellung
von 4 sind nur drei Federn 44 dargestellt,
um das Biegen der Federn 44 zu zeigen, während in
dem in 5 beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung vier Federn verwendet werden. Um mehr Eingriffsleitungen
zwischen der Scheibe und der Nabe zu schaffen, kann die Feder 44x mit
Rippen 44d versehen sein, wie in den 13 und 14 gezeigt
ist. Ferner wird die Feder 44 vorzugsweise in separate
Vorspannabschnitte 44h und 44i (13)
unterteilt, die durch einen Schlitz 44j geteilt sind, wobei
jeder Abschnitt auf eine verbundene Scheibe 38 oder 40 wirkt,
um mehr individuelle unabhängige
Druckkräfte
zwischen der verbundenen Scheibe und der Nabe zu schaffen. Die Federn 44 sind
in der Kraft, die sie auf die Bremsscheiben 38 und 40 ausüben, bezüglich der
Kraft ausgeglichen, die die Federn 71a und 71b auf
die verschiebbaren Bremsbelagträger 52 und 58 ausüben. Sowohl
die Bremsscheiben als auch die Bremsträger sind jeweils auf Grund
der Vibrationen und der Trägheitskraft
des fahrenden Fahrzeugs gegen ein Verschieben entlang der Nabe und
der Brücke
begrenzt. Daher ist ersichtlich, dass es die Federn 44 den
verschiebbaren Bremsscheiben ermöglichen: auf
der Nabe zu schwimmen, die Scheiben in einer radialen Ebene normal
zur Drehachse zu halten, Reibungskräfte auszuüben, die einen Quietschen verhindern,
Reibungskräfte
auszuüben,
welche die Scheiben in Position halten, während sie in ihrer nicht gebremsten
Stellung rotieren, und es axialen Kräften des Kraftbetätigers erlauben,
die Scheiben nach außen
in ihre Bremsposition zu schieben, wobei die Scheibe 40 an
dem feststehenden Bremsbelag 60 anliegt.
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Die
gezeigte Anordnung 10 umfasst ferner die Reibmaterialbeläge, die
auf einander abgewandten Seiten jeder der Scheiben 38 und 40 angeordnet sind.
Diese Beläge
umfassen den ersten Belag 50, der auf einer Grundplatte 52 montiert
und derart angeordnet ist, dass er gegen eine seitliche Oberfläche der
Scheibe 38 anliegt, Beläge 54 und 56,
die auf einander abgewandten Seiten einer Grundplatte 58 angeordnet
sind, um gegen die abgewandte seitliche Oberfläche der Scheibe 38 bzw.
eine gegenüberliegende
seitliche Oberfläche
der Scheibe 40 anzuliegen, und den Belag 60, der
auf einer Grundplatte 62 montiert und derart angeordnet
ist, dass er gegen die abgewandte seitliche Oberfläche der
Scheibe 40 anliegt. Die Grundplatte ist fest auf einem
Führungselement
oder einer Brücke 64 montiert,
die wiederum fest auf dem Abschnitt 12c der Verbindung 12 montiert
ist. Insbesondere treten zwei Schrauben 66 durch Ausbohrungen
durch den Abschnitt 12c und das Führungselement 64 und
haben Gewindeenden, die in Gewindebohrungen in der Grundplatte aufgenommen
sind. Das feststehende Führungselement 64 bildet
zwei Führungsflächen 68,
auf denen die Grundplatten 52 und 58 gleiten.
Die Führungsflächen 68 erstrecken
sich parallel zu der Achse 22 entlang einander abgewandten
Seiten des Elements 64. Die Führungsflächen können auch andere Formen wie beispielsweise
die Schäfte
der Schrauben 66 haben.
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Jede
Führungsfläche 68 nimmt
ein Paar konkave, U-förmige
Vorsprünge
oder Haken der Belagträger 52 und 58 auf.
Wie am deutlichsten aus 3A ersichtlich
ist, hat der verschiebbare Belagträger 58 hakenförmige Vorsprünge 59 mit
inneren Gleitflächen 59a,
die verschiebbar auf den nach oben zeigenden Trägerflächen 68 der Brücke 64 gelagert sind.
Um dazu beizutragen, das gewünschte
Gleichgewicht zu erhalten, um es den Bremsbelagträgern 52 und 58 zu
ermöglichen,
von den und durch die Bremsscheiben 38 und 40 auseinander
gedrückt
zu werden, wenn sie sich axial aus ihrer gebremsten in ihre nicht
gebremste Stellung bewegen, und dennoch die Belagträger und
ihre Bremsbeläge
gegen ein Kippen zu halten, werden die inneren Gleitflächen 59a auf
den Trägern
und die Trägerflächen 68 auf
der Brücke
vorzugsweise flach gefertigt. Dadurch, dass flach gefertigte Flächen auf
den Trägern
gegen flach gefertigte Flächen
auf der Brücke
anliegen, ist eine einheitlichere, Reibungsbegrenzungskraft sichergestellt,
um die Bremsbelagträger
daran zu hindern, aus ihrer nicht gebremsten Stellung zu gleiten.
Zudem befinden sich die Träger
auf einer breiteren, größeren Fläche mit
den Trägerflächen 68 der
Brücke
in Anlage, um dazu beizutragen, ein erhebliches Schaukeln oder Kippen
auf der Brücke
unter Fahrzeugträgheitskräften und/oder
Vibrationen des fahrenden Fahrzeugs zu verhindern, was im nicht
gebremsten Zustand zu örtlichem
Reibungskontakt führen
würde.
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Wird
die Stellung des verschiebbaren Bremsbelags nicht gesteuert, so
kann der verschiebbare Bremsbelag kippen, um gegen die verschiebbare
Bremsscheibe anzuliegen oder zu vibrieren, und erzeugt eine ungleichmäßige Abnutzung
der Scheibe, was zu DTV und Vibrationen der Scheiben führt. Die
Steuerung des verschiebbaren Belags und der Scheibe ist in einer äußerst dynamischen
Situation von Bedeutung, wenn das Fahrzeugrad das verschiebbare
Bremssystem über
holperige oder ebene Straßen
trägt,
beim Kurvenfahren mit betätigten Bremsen,
beim Kurvenfahren mit nicht betätigten Bremsen,
bei zugeschaltetem ABS, bei nicht zugeschaltetem ABS etc. Bei der
Kurvenfahrt lenkt und bewegt die Nabe die Scheibenoberfläche so,
dass sie mit dem Bremsbelagträger
in Anlage gelangt; und nach der Kurvenfahrt trennen sich der Belag
und die Scheibe in dem Moment, wo die Bremse in ihren ständigen Zustand
geringen Restdrehmoments in die nicht gebremste Stellung zurückkehrt.
Bei dem in 2, 3 und 3A gezeigten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfassen die bevorzugten Kraftapplikatoren flache
Blattfedern 71a und 71b, die aus ihrem flachen
planaren Zustand in eine gebogene Konfiguration gebogen sind, in
der äußere Kanten 71c und 71d der
Federn gegen obere Endoberflächen 52a, 52b, 58a, 58b der
jeweiligen verschiebbaren Bremsträger 52 und 58 stoßen. Der
zentrale Abschnitt der Blattfeder 71a ist durch ein geeignetes
Befestigungselement wie Schrauben 69 befestigt, die durch
die Feder und in die feststehende Brücke 64 an einer zentralen
Stelle auf der Oberseite der feststehenden Brücke 64 gedreht sind.
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Der
Kraftapplikator 71 kann verschiedene Formen haben, und
es ist hierin in 3 gezeigt, dass er die zwei
separaten Blattfederabschnitte 71a und 71b hat,
von denen jeder einzeln elastische Vorspannkräfte auf den mit ihm verbundenen
Bremsbelagträger 52 oder 58 ausübt. Die
Blattfederabschnitte 71a und 71b sind vorzugsweise
durch ein kurzes, einstückiges
zentrales Netz 71f verbunden, das zwischen einem Paar sich
gegenüberliegender
länglicher
Schlitze 77 angeordnet ist, welche die Blattfeder in die
zwei einzelne Feder-Kraftapplikatorabschnitte unterteilen. Hat also
ein Bremsbelagträger
hohe Punkte oder andere Kraft verringernde oder Kraft verstärkende Faktoren,
welche den Träger
und seine verbundene Feder beeinflussen, so sollte der andere Bremsbelagträger und
die mit ihm verbundene Feder von diesem isoliert sein.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel der
Erfindung stammt die Bremsbetätigungskraft zum
Abbremsen des Fahrzeugs von einem Bremsbetätiger, der in Form einer hydraulischen
Kolben- und Zylinderanordnung 75 vorliegt, obwohl die Betätigungskraft
auch von einem Brake-by-Wire-Betätiger stammen
könnte.
Bei einem Brake-by-Wire-System würde
eine Elektromotor-Antriebsanordnung die beweglichen Bremsbelagträger 52 und 58 veranlassen, die
verschiebbaren Bremsbeläge
in ihre jeweilige Bremsstellung zu bringen und die Bremsscheiben axial
entlang der Nabe 14 in ihre jeweilige Bremsstellung zu
verschieben.
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Das
dargestellte Kraftbetätigungssystem umfasst
eine Kolben- und Zylinderanordnung, die betätigbar ist, um die Beläge 50, 54, 56 und 60 in
Anlage mit voneinander abgewandten Seitenflächen der Scheiben 38 und 40 zu
bringen, um die Nabe 14 und somit das Rad abzubremsen.
Die Kolben- und Zylinderanordnung umfasst einen Zylinder 72,
der durch den Abschnitt 12c der Verbindung 12 definiert
ist. Der Zylinder ist daher einstückig mit dem Restabschnitt der
Verbindung gebildet. Ein Brake-by-Wire-Betätiger wie beispielsweise ein
Elektromotor könnte
an Stelle des Kolbens 74 in dem Zylinder 72 montiert sein.
Hierbei steht der Kolben 74 der Anordnung von dem Zylinder
ab und befindet sich mit der Grundplatte 52 an ihrer dem
Belag 50 abgewandten Seite in Anlage. Die Kolben- und Zylinderanordnung
wird betätigt,
indem hydraulisches Fluid unter Druck in eine Ausbohrung 76 des
Verbindungsabschnitts 12c geleitet wird, der mit dem Zylinder
in Verbindung steht. Hierbei betrug der hydraulische Druck zum Betätigen des
Doppelscheibenbremssystems ca. 30 bis 35 Bar, was die Hälfte des
Drucks von 70 Bar bei herkömmlichen
festen Scheibenbremsen bei anderen Fahrzeugversuchen ist. Die Fläche des
Kolbens betrug ca. 200 mm. Der Kolben bewegt sich aus dem Zylinder
heraus, wobei er die Grundplatten 52 und 58 und die
Scheiben 38 und 40 solange bewegt, bis die Scheibe 40 mit
dem sich nicht bewegenden Belag 60 in Anlage gelangt.
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Die
hydraulische Kolben- und Zylinderanordnung 75 enthält eine
Dichtung 79 (18), die zwischen dem Zylinder 72 und
dem Kolben 74 wirkt, um ein Austreten von hydraulischem
Fluid aus dem Zylinder zu verhindern. Diese Dichtung ist durch einen Elastomerdichtungsring 81 (18)
gebildet, der in einer in einer zylindrischen Wand 72a ausgebildeten ringförmigen Nut 83 montiert
ist, wobei der Ring aus der Nut herausragt, um in den Kolben einzugreifen. Dieser
Dichtungsring 81 dient ferner als Energiespeichermechanismus.
Wenn die Einheit betätigt
wird, um den Kolben zum Betätigen
der Bremse aus dem Zylinder zu bewegen, so wird genauer gesagt der Ring
verdichtet, wodurch er Energie speichert. Wird der Druck des hydraulischen
Fluids in dem Zylinder verringert, so setzt der Ring die gespeicherte
Energie frei, indem er den Kolben in den Zylinder hineinbewegt (von
der Bremsscheibe weg). Dementsprechend muss der Dichtungsring mit
einer erheblichen Kraft in den Kolben eingreifen. Eine Bewegung
des Kolbens von der Scheibe weg ermöglicht es, die beweglichen
Beläge 50, 54 und 56 der
Bremse von der Scheibe wegzubewegen, indem durch die Drehung der
verschiebbaren Bremsscheiben 38 und 40 Kräfte auf
diese ausgeübt
werden, welche die Kraft der Feder 71a und 71b überwinden;
dadurch wird die Bremse in einen Zustand nicht betätigter Bremse
versetzt.
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Der
Rücklauf
des Kolbens 74 durch die Dichtung 81 verringert
das Drehmoment bei nicht betätigter
Bremse, da durch den Kolben keine nennenswerte Kraft auf den Bremsträger 52 und
dessen Bremsschuhe 50 relativ zu der zugewandten Seite
der verschiebbaren Bremsscheibe 38 ausgeübt wird.
Im Gegensatz dazu sind die schwimmenden Bremsscheiben 38 und 40 begrenzt,
schwimmen auf der Nabe 14 und drücken den Kolben nicht in den
Zylinder hinein, um hydraulisches Fluid in dem Zylinder zu verdrängen, was
einen „Rückschlag" während einer
Kurvenfahrt oder anderer dynamischer Bewegungen der Radeinheit erzeugt.
Die Verringerung des Rückschlags
führt zu
einem verbesserten Bremsgefühl, wodurch
beim Bremsen weniger Flüssigkeit
verdrängt
wird, und verhindert das gelegentlich auftretende Gefühl eines
langen Pedalwegs, bei dem ein erheblicher Rückfall auftritt.
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Aus
der vorstehenden Erläuterung
wird deutlich, dass die vorliegende Erfindung eine wesentlich kleinere
Scheibenbremseinheit ohne den sehr großen gleitenden Sattel und die
Schrauben hat, als es bei den herkömmlichen festen Scheibenbremsen
der Fall ist. Der Sattel ist groß, da er den Zylinder und den Kolben
trägt,
und die verschiebbare Brücke
muss den hohen Drehmomentbelastungen beim Bremsen Stand halten und
diese weiterleiten. Die vorliegende Erfindung ist kleiner, da der
Zylinder mit dem Träger integriert
werden kann und die Brücke
nicht gleitet und den Kolben trägt.
Auf Grund des Rückschlags und
anderer Probleme ist diese große
feste Bremse für
gewöhnlich
in einer 3 oder 9 Uhr-Position montiert, wobei die Bremse der vorliegenden
Erfindung am oberen Abschnitt der Einheit in einer 12 Uhr-Position
montiert ist. Das Problem der Steifigkeit der Brücke mit ihrer Ablenkung, beispielsweise
0,006 Zoll, wird um ein Vierfaches reduziert, wenn vier Bremsbeläge und die
Hälfte
des hydraulischen Leitungsdrucks verwendet werden, was eine kleinere Bremseinheit
mit geringerem Gewicht ermöglicht. Auf
Grund der vorderen Verschraubung und des teleskopischen Gleitens
der Bremsscheiben und der Bremse gegenüber der Schraube vom rückwärtigen oder
hinteren Abschnitt der festen Bremsschrauben, auf denen der Sattel
gleitet, wird die Zeit für
die Montage und den Zusammenbau der Bremse sowie für Reparaturen
und Austausch kürzer.
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Die 12 ist
der 16 ähnlich,
jedoch stellt sie eine Variation 100 der gezeigten Anordnung 10 dar,
bei der Teile, die in der Anordnung 10 gleich sind, dieselben
Bezugszeichen haben und nicht näher
beschrieben sind. Die Anordnung 100 unterscheidet sich
von der Anordnung 10 dahingehend, dass der Abschnitt 12c der
Verbindung 12 zwei parallele, in diesem gebildete Zylinder 102 an
Stelle des Zylinders 72 hat. In diesem Fall hat jeder der
Zylinder 102 eine kleinere Querschnittsfläche als
der Zylinder 72, die Gesamtfläche der Zylinder 102 ist
jedoch größer. Jeder
der Zylinder 102 hat einen Kolben 104, und die
Kolben 104 drücken
zusammen auf die Grundplatte 52. Um die beiden Kolben-
und Zylinderanordnungen aufnehmen zu können, ist das Führungselement 64 so
modifiziert, dass es sich über
die Kolben wölbt,
wie bei 106 gezeigt, und die Schrauben 66 sind
durch drei Schrauben 108 ersetzt. Die Verwendung von zwei
Kolben- und Zylinderanordnungen ermöglicht es, eine größere Kraft
bei gleichem Druck in den Zylindern (oder dieselbe Kraft bei geringerem
Druck) auszuüben,
und diese Kraft kann im Durchschnitt mit einem größeren Abstand
von der Achse 22 ausgeübt
werden. Falls gewünscht
können die
beiden Zylinder unterschiedliche Durchmesser haben, beispielsweise
kann der vordere Zylinder in normaler Drehrichtung einen größeren Durchmesser haben.