DE19545745A1 - Teilbelag-Scheibenbremse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Teilbelag-Scheibenbremse nach dem Oberbe­ griff der Ansprüche 1 und 5.

Eine derartige Scheibenbremse ist beispielsweise bei den Fahrzeugen der aktuellen 5er-Reihe der BMW AG eingesetzt. Der Anstellwinkel für die Bremsbacken, der durch eine Schrägstellung des Bremssattels gegenüber dem Lot auf die Brems­ scheibe erreicht wird, erzeugt bei neuen Bremsbacken einen definierten Zustand bezüglich des Anlegens der Reibbeläge. Da durch den Anstellwinkel die Reibbeläge nicht parallel zur Bremsscheibe verlaufen, liegt in der Anfangsphase einer Bremsung bzw. bei geringer aufgebrachter Bremskraft jeder der Reibbeläge nicht flächig an der Bremsscheibe an, sondern jeweils nur mit einem - bezogen auf die Umfangsrichtung der Bremsscheibe - außenliegenden Randbereich. Mit anderen Worten beschrieben, überträgt bei geringen Bremskräften lediglich der kantenför­ mige bremsscheibeneinlauf- bzw. bremsscheibenauslaufseitige Randbereich des Reibbelages die Bremskraft. Bei stärkeren Bremsungen legt sich die Bremsbacke infolge der Elastizitäten in den Bremsenelementen sowie der Kompressibilität des Reibbelages vollflächig an die Bremsscheibe an. Nach einer gewissen Einfahrzeit ist der Anstellwinkel durch den Verschleiß der Reibbeläge kompensiert, bei gleich­ zeitig gleichmäßigem Tragbild der Reibbeläge. Durch den Anstellwinkel soll lediglich das im Neuzustand der Reibbeläge ungleichmäßige Tragbild zugunsten einer definierten Kantenberührung eliminiert werden. Hieraus ergeben sich unter ande­ rem Vorteile hinsichtlich der Geräuschentwicklung der Scheibenbremse (Bremsenquietschen).

Aufgabe der Erfindung ist es, an einer bekannten Scheibenbremse eine weitere Verbesserung hinsichtlich des Geräuschverhaltens zu erzielen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und/oder 5 gelöst.

Bei der bekannten Scheibenbremse liegen die in Anfangsphase einer Bremsung anliegenden Randbereiche der Reibbeläge einander diametral gegenüber. Durch den relativ großen Abstand der beiden Randbereiche der gegenüberliegenden Reibbeläge ergibt sich ein vergleichsweise großer Hebelarm, durch den Kippmo­ mente an den Bremsbacken entstehen. Dieses Phänomen tritt insbesondere bei Scheibenbremsen mit Schwimmsatteln auf, da hier durch die einseitige Krafteinlei­ tung über nur einen Bremskolben die gegenüberliegende Bremsbacke nachgezo­ gen wird, was ein alternierendes Kippen der Bremsbacken zur Folge haben kann. Hierdurch entstehen Schwingungen, vor allem bei geringen Bremskräften, unter denen die Bremsbacken noch Kippbewegungen ausführen können. Diese Schwin­ gungen der Bremsbacken im Bremssattel regen die Bremsscheibe in ihren Eigen­ schwingformen an, wodurch die störenden Quietschgeräusche entstehen.

Die beschriebenen Kippmomente ergeben sich in der Praxis auch bei solchen Scheibenbremsen, deren Bremsbacken theoretisch parallel zur Bremsscheibe aus­ gerichtet sind, da sich aufgrund von Herstellungs- und Einbautoleranzen zwangs­ läufig Abweichungen von der idealisierten parallelen Konstruktionslage einstellen. Nach der Einlaufzeit liegen die Reibbeläge durch die verschleißbedingte Kompen­ sation des Anstellwinkels weitestgehend plan an der Bremsscheibe an, ohne ein­ deutig ausgeprägte Hebelarme zwischen den gegenüberliegenden Bremsbacken. Aus diesem Grund tritt bei eingelaufenen Reibbelägen deutlich seltener das stö­ rende Bremsenquietschen auf.

Ausgehend von der oben beschriebenen grundlegenden Erkenntnis, daß die Schwingungsanregung für Quietschgeräusche an Scheibenbremsen in vielen Fällen durch Kippmomente zwischen den gegenüberliegenden Bremsbacken entsteht, basiert die Erfindung auf dem Kerngedanken, den Hebelarm für derartige Kippmo­ mente so klein als möglich zu halten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Dicke einer der beiden Bremsbacken, nachfolgend Ausgleichsbremsbacke genannt, entlang der Umfangsrichtung der Bremsscheibe ungleichmäßig ist (Anspruch 1). Alternativ kann auch der der Ausgleichsbremsbacke zugeordnete Bremskolben abgestuft sein oder nicht parallel zur Bremsscheibe verlaufen (Anspruch 5). Durch beide Maßnahmen wird erreicht, daß (zumindest im Anfangs­ stadium eines Bremsvorgangs und bei leichten Bremsungen) im Neuzustand der Ausgleichsbremsbacke deren Reibbelag auf gleicher Höhe der Bremsscheibe an­ liegt wie der Reibbelag der anderen Bremsbacke, die durch den Anstellwinkel ge­ gensinnig schräggestellt ist. Die beiden Bremsbacken können dabei entweder am Einlauf oder am Auslauf der Bremsscheibe liegen. Damit sind die Anlagebereiche der Bremsbacken idealerweise in einer Ebene, so daß kein Hebelarm für Kippmo­ mente mehr auftritt. Hierdurch werden Schwingungen der Bremsbacken im Brems­ sattel wirksam unterbunden, so daß im Neuzustand bzw. während des Einlaufens der Bremsbacken keine nennenswerte Schwingungsanregung der Bremsscheibe erfolgt.

Die ungleichmäßige Dicke der Bremsbacke kann auf unterschiedliche Weise er­ zeugt werden.

Anspruch 2 sieht eine ungleichmäßige Dicke des Reibbelags der Ausgleichsbrems­ backe vor (bei konstanter Dicke des Belagträgers). Die Ungleichmäßigkeit kann beispielsweise durch einen Absatz oder eine Stufe im Reibbelag hergestellt werden.

Insbesondere bietet sich jedoch eine lineare Dickenänderung gemäß Anspruch 3 an, mit dem Vorteil, daß der Reibbelag auf seiner gesamten Fläche trägt, sobald mittlere Bremsdrücke aufgebracht werden. Auch erfolgt ein steter Übergang vom Neuzustand in den eingelaufenen Zustand. Verlängert man in der Seitenansicht der Bremsbacken gedanklich die Mantelflächen der Reibbeläge, so ergibt sich quasi eine "Schere" mit einem Schnittpunkt der Schenkel in der Mittenebene der Brems­ scheibe. Die Schere ist bei fehlendem oder geringem Bremsdruck geöffnet, wäh­ rend sie sich bei zunehmenden Bremsdrücken schließt.

Die ungleichmäßige Dicke des Reibbelags kann in einfacher Weise und kosten­ günstig oder sogar kostenneutral ausgeführt werden. Die über der Umfangsrichtung der Bremsscheibe ungleichmäßige Dicke des Reibbelages kann bereits bei der Aufbringung des Reibbelages auf den Belagträger realisiert werden. Ebenso ist es möglich, nachträglich durch partielles Entfernen von Reibmaterial die ungleichmä­ ßige Dicke zu erreichen.

Alternativ kann (bei konstanter Dicke des Reibbelags) gemäß Anspruch 4 der Be­ lagträger keilförmig ausgebildet sein, um eine zum Anstellwinkel gegensinnige Schräglage der Ausgleichsbremsbacke zu erzielen. Diese Maßnahme läßt sich ebenfalls mit nur sehr geringem Aufwand realisieren. Die gleiche Wirkung wird bei­ spielsweise auch mit einem keilförmig ausgebildeten Blech erzielt, das zwischen Bremskolben und Belagträger eingesetzt wird.

Wird gemäß Anspruch 5 ein abgestufter oder abgeschrägter Bremskolben einge­ setzt, so können beidseitig der Bremsscheibe identische Bremsbacken verwendet werden. Gleichwirkend mit dem Einsatz eines derartigen Kolbens ist beispielsweise auch die Verwendung eines Zwischenbleches, das im Bereich der Kontaktfläche zwischen Bremskolben und Belagträger eine Aussparung aufweist, so daß eine ungleichmäßige Krafteinleitung erfolgt und sich damit eine Schräglage der Aus­ gleichsbremsbacke einstellt.

Durch die angeführten erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die Aufwendun­ gen, die durch Kundenreklamationen wegen Bremsenquietschens entstehen, deut­ lich gesenkt, da der bisher oftmals praktizierte Austausch der Bremsbacken entfällt. Der Erfolg durch einen Bremsbackentausch war zudem bislang ungewiß, da sich auch bei den ausgetauschten Bremsbacken die oben beschriebenen ungünstigen Schwingungsbedingungen wieder einstellen konnten. Demgegenüber kann mit der erfindungsgemäßen Maßnahme das Bremsenquietschen unterbunden werden, sowohl bei Erstausrüstung durch den Fahrzeughersteller als auch bei Nachrüstung. Es ergeben sich zudem keine nennenswerten Nachteile hinsichtlich der nutzbaren Materialstärke des Reibbelages, da für die Wirksamkeit des beschriebenen Effektes bereits geringfügige Schrägstellungen ausreichen. Die Erfindung läßt sich glei­ chermaßen für Fest- und Schwimmsattelbremsen anwenden.

Ein "negativer" Anstellwinkel, wie in Anspruch 6 beschrieben, ist beispielsweise bei den Fahrzeugen der aktuellen 5er-Reihe der BMW AG realisiert. Im Zusammen­ hang mit der Erfindung ergibt sich hierbei als Vorteil, daß die oben beschriebene ,,Schere" ihren Schnittpunkt am für den überwiegenden Fall der Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges bremsscheibenauslaufseitigen Bereich der Bremsbacken hat, wo­ durch sich Vorteile hinsichtlich des Tragbildes und des Verschleißverhaltens der Reibbeläge ergeben.

Mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend in der Zeichnung anhand schematischer Figuren dargestellt und näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine bekannte Scheibenbremse an der linken Seite eines Kraftfahrzeu­ ges, in der Ansicht in Fahrtrichtung, das heißt auf die Rückseite der Scheibenbremse, ohne aufgebrachte Bremskraft,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung mit erfindungsgemäß ab­ geschrägtem innerem Reibbelag,

Fig. 3 eine den Fig. 1 und 2 entsprechende Darstellung der Scheiben­ bremse im eingelaufenen Zustand,

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung mit positivem Anstellwinkel der Bremsbacken und

Fig. 5 eine zur Fig. 2 analoge Darstellung einer Festsattel-Scheibenbremse.

Die Scheibenbremse eines Kraftfahrzeuges weist gemäß Fig. 1 eine Brems­ scheibe 1, einen als Schwimmsattel (Faustsattel) ausgebildeten Bremssattel 3, der einen Bremskolben 4 aufnimmt, sowie eine innere und eine äußere Bremsbacke 5a bzw. 5b auf. Die Bremsbacken 5a, b werden im Bremssattel 3 in Richtung des Pfeils 6, der die Verschieberichtung angibt, verschieblich geführt. In Umfangsrich­ tung 7 werden die Bremsbacken 5a, b über Anschläge 8 _o,u fixiert. Der Pfeil 9 gibt die Drehrichtung der Bremsscheibe bei Vorwärtsfahrt an. Die Bremsbacken 5a, b setzen sich jeweils aus einem Belagträger 10a, b sowie einem Reibbelag 11a, b zusammen.

Die Scheibenbremse ist in Fig. 1 in der Ansicht mit Blickrichtung in Fahrtrichtung dargestellt, d. h. der Bremssattel 3 befindet sich hinter der Mitte des nicht darge­ stellten Fahrzeugrades. Demnach sind die unteren Anschläge 8 _u und die oberen Anschläge 8 _o in etwa vertikal übereinander angeordnet. Der untere Randabschnitt der Reibbeläge 11a, b ist, bezogen auf die überwiegende Vorwärtsfahrt des Fahr­ zeuges, der Bereich des Bremsscheibeneinlaufes 12, während der obere Abschnitt 13 am Bremsscheibenauslauf liegt. Die Bremsscheibe 1 ist lotrecht ins Fahrzeug eingesetzt, mit einer waagrechten Drehachse 2.

Der Bremssattel 3 ist faustförmig ausgebildet. Die fahrzeuginnenseitige "Faust" 14 nimmt den Bremskolben 4 auf. Über den die Bremsscheibe 1 umgreifenden Finger 15 wird die Bremskraft auf die Außenseite der Bremsscheibe 1 übertragen. Der Bremssattel 3 ist gegenüber dem Lot 2 (Drehachse) auf die Bremsscheibe 1 um den "negativen Anstellwinkel" α schräggestellt. Da die Bremsbacken 5a, b im Bremssattel 3 geradlinig verschiebbar geführt sind, gibt die Symmetrieachse des Bremssattels 3 gleichzeitig die Verschiebeachse 6 für die Bremsbacken 5a, b an. Entsprechend der Schrägstellung des Bremssattels 3 sind auch die Bremsbacken 5a, b und damit die Reibbeläge 11a, b in bezug auf die Bremsscheibe 1 schräg­ gestellt. Hiermit ergibt sich für beide Reibbeläge 11a, b bei geringen Bremsdrücken eine kantenförmige Anlagefläche, die am inneren Reibbelag 11a im Bereich des Bremsscheibeneinlaufs 12 und am äußeren Reibbelag 11b im Bereich des Bremsscheibenauslaufes 13 liegt. Die beiden Anlagebereiche der Reibbeläge 11a, b sind somit - in Umfangsrichtung 7 betrachtet - im Abstand 1 voneinander angeordnet. Durch diesen Abstand 1 ergibt sich ein Kippmoment zwischen den bei­ den Bremsbacken 5a, b. Dieses Kippmoment führt insbesondere bei Schwimmsat­ telbremsen zu alternierenden Kippvorgängen, die Schwingungen erzeugen, die die Bremsscheibe 1 zu Eigenschwingungen anregen, mit der Folge unerwünschter hochfrequenter Quietschgeräusche. Das beschriebene Phänomen tritt jedoch auch bei Festsattelbremsen auf.

Die Fig. 2 bis 5 beschreiben nachfolgend die Erfindung. Gleiche oder gleich­ wirkende Teile sind nachfolgend mit den selben Bezugszahlen bezeichnet wie in Fig. 1.

Durch eine erfindungsgemäße Abschrägung 16a des inneren Reibbelages 11a wird, wie aus Fig. 2 hervorgeht, erreicht, daß sowohl der innere als auch der äußere Reibbelag 11a bzw. 11b im Anfangsstadium eines Bremsvorganges mit ihrem bremsscheibenauslaufseitigen Randbereich 13 an der Bremsscheibe 1 anliegen. Die Abschrägung 16a wird durch eine in Drehrichtung 9 der Bremsscheibe 1 ver­ laufende Dickenzunahme (d₁→d₂) der Reibbeläge erreicht. Aus der Dickenzu­ nahme über der Länge l der Reibbeläge 11a, b ergibt sich der Abschrägungswinkel β, der betragsmäßig größer ist als der Anstellwinkel α.

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Scheibenbremse nach Beendigung des Ein­ laufzustandes. Durch Verschleiß sowohl am inneren als auch am äußeren Reib­ belag 11a bzw. 11b hat sich ein Verschleißwinkel γ eingestellt, der dem Anstellwin­ kel α entspricht und die Schrägstellung der Bremsbacken 5a, b ausgleicht. Nun­ mehr liegen die Reibbeläge 11a, b sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Brems­ drücken flächig an der Bremsscheibe 1 an. In der Regel kommt es in diesem Zu­ stand nicht mehr zu ausgeprägten Quietschgeräuschen.

Fig. 4 zeigt eine Scheibenbremse mit einem positiven Anstellwinkel α. In Analogie zu Fig. 2 ist in diesem Fall der äußere Reibbelag 11 b mit einer Abschrägung 16b versehen, um ebenfalls eine kantenförmige Anlage der Reibbeläge 11a, b am aus­ laufseitigen Randbereich 13 der Bremsbacken 3 zu erreichen.

Fig. 5 zeigt die Anwendung der Erfindung auf eine Scheibenbremse mit einem als Festsattel ausgeführten Bremssattel 103. Beide Sattelhälften 103a, b nehmen je­ weils einen Bremskolben 104a, b auf. Der Bremssattel 103 ist als ganzes um den Anstellwinkel α gegenüber dem Lot 102 auf die Bremsscheibe 101 schräggestellt. Um in Analogie zu Fig. 2 eine Anlage der Reibbeläge 111a, b nur am auslauf­ seitigen Randbereich 113 zu erreichen, ist der innere Reibbelag 111a mit einer Ab­ schrägung 116a versehen.

Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Winkel α, β und γ sind aus Gründen der Anschaulichkeit deutlich größer gewählt als dies bei ausgeführten Konstruktionen der Fall ist. Der Anstellwinkel α und der Abschrägungswinkel β sind in der Praxis so klein bemessen, daß sie das Verschleißverhalten und die Leistungsfähigkeit der Scheibenbremse nicht nennenswert beeinträchtigen.

Claims (6)

1. Teilbelag-Scheibenbremse, mit einer Bremsscheibe, auf die von beiden Sei­ ten unter einem vom Lot auf die Bremsscheibe geringfügig abweichenden Anstellwinkel jeweils eine Bremsbacke angedrückt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke einer der Bremsbacken (Ausgleichsbremsbacke 5a) im Neuzustand und bezogen auf die Umfangs­ richtung (7) der Bremsscheibe (1) ungleichmäßig ist, derart, daß beim An­ drücken der Bremsbacken (5a, b) zunächst nur derjenige - in Umfangsrich­ tung (7) der Bremsscheibe (1) betrachtet - äußere Randbereich (13) des Reibbelags (11 a) der Ausgleichsbremsbacke (5a) an der Bremsscheibe (1) zur Anlage kommt, der dem durch den Anstellwinkel (α) erzeugten einseitigen äußeren Anlagebereich (13) der anderen Bremsbacke (5b) auf gleicher Höhe gegenüberliegt.

2. Teilbelag-Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d₁ ,d₂) des Reibbelags (11a) der Ausgleichsbremsbacke (5a) im Neuzustand und bezogen auf die Umfangs­ richtung (7) der Bremsscheibe (1) ungleichmäßig ist.

3. Teilbelag-Scheibenbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibbelag (11a) der Ausgleichsbremsbacke (5a) in Umfangsrichtung (7) der Bremsscheibe (1) eine linear abnehmende bzw. zunehmende Dicke (d₁, d₂) aufweist.

4. Teilbelag-Scheibenbremse nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Belagträgers (10a) der Aus­ gleichsbremsbacke (5a) in Umfangsrichtung (7) der Bremsscheibe (1) linear zunimmt bzw. abnimmt.

5. Teilbelag-Scheibenbremse, mit einer Bremsscheibe, auf die von beiden Sei­ ten unter einem vom Lot auf die Bremsscheibe geringfügig abweichenden Anstellwinkel über wenigstens einen Bremskolben jeweils eine Bremsbacke angedrückt werden kann dadurch gekennzeichnet, daß die einer der Bremsbacken (Ausgleichsbremsbacke) zugewandte Fläche des Bremskolbens - bezogen auf die Umfangsrichtung (7) der Bremsscheibe (1) - abgestuft ist oder schräg zur Bremsscheibe (1) verläuft, derart, daß beim Andrücken der Bremsbacken (5a, b) zunächst nur derjenige - in Umfangsrichtung (7) der Bremsscheibe (1) betrachtet - äußere Randbereich (13) des Reibbelags (11a) der Ausgleichs­ bremsbacke (5a) an der Bremsscheibe (1) zur Anlage kommt, der dem durch den Anstellwinkel (α) erzeugten einseitigen äußeren Anlagebereich der ande­ ren Bremsbacke (5b) auf gleicher Höhe gegenüberliegt.

6. Teilbelag-Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug, nach einem der vorgenann­ ten Ansprüche, wobei die fahrzeugaußenseitige Bremsbacke durch einen negativen Anstellwinkel an ihrem bremsscheibenauslaufseitigen Randbereich an die Bremsscheibe heranversetzt ist.