DE102021213029A1

DE102021213029A1 - Kraftübertragungsvorrichtung für eine Scheibenbremse

Info

Publication number: DE102021213029A1
Application number: DE102021213029.1A
Authority: DE
Inventors: Felix Hiester; Jason Sauerberg
Original assignee: ZF Active Safety GmbH
Current assignee: ZF Active Safety GmbH
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2023-05-25
Also published as: US20230160448A1; CN116146626A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) für eine Scheibenbremse (100), umfassendein Betätigungselement (10, 210) zur Erzeugung und/oder Übertragung einer Bremskraft,eine Bremsbelaganordnung (20, 220) mit einem Bremsbelag (21, 221) und einer Trägerplatte (30, 230),ein Druckelement (40, 240) zur Übertragung der Bremskraft zwischen dem Betätigungselement (10, 210) und der Bremsbelaganordnung (20, 220),wobei das Druckelement (40, 240) eine Dicke (tD), die sich in Richtung der Betätigungsrichtung (102) der Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) erstreckt, eine Länge (LD), die sich in tangentialer Richtung (T) einer im Einbauzustand zugehörigen Bremsscheibe (101) erstreckt und eine Breite (BD), die sich in radialer Richtung (R) einer im Einbauzustand zugehörigen Bremsscheibe (101) erstreckt, aufweist,wobei das Druckelement (40, 240) eine Krafteingangsseite (41, 241), welche mit dem Betätigungselement (10, 210) in Wirkverbindung steht, und eine Kraftausgangsseite (42, 242) aufweist,wobei die Kraftausgangsseite (42, 242) in Längsrichtung des Druckelements (40, 240) voneinander beabstandete Kontaktbereiche (43, 243) aufweist, welche mit der Trägerplatte (30, 230) der Bremsbelaganordnung (20, 220) in Wirkverbindung stehen,wobei die Kraftausgangsseite (42, 242) zwischen den beabstandeten Kontaktbereichen (43, 243) einen, in Bezug zur Außenfläche (56, 256) der beabstandeten Kontaktbereiche (43, 243), in das Druckelement (40, 240) hinein zurückspringenden Bereich (44, 244) aufweist, wobei der zurückspringende Bereich (44, 244) einen ersten Versteifungssteg (45, 245) aufweist, welcher die voneinander beabstandeten Kontaktbereiche (43, 243) in der Weise miteinander verbindet, dass der erste Versteifungssteg (45, 245) nicht oder weniger als der zurückspringende Bereich (44, 244) zurückspringt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsvorrichtung für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung eine Scheibenbremse mit einer solchen Kraftübertragungsvorrichtung. Mithilfe einer solchen Kraftübertragungsvorrichtung wird eine Betätigungskraft, welche durch die Bremsbetätigung in einem Bremssystem erzeugt wird, auf einen Bremsbelag, welcher dadurch gegen eine Bremsscheibe gepresst wird, übertragen. Bei modernen Scheibenbremsen, insbesondere bei Scheibenbremsen, bei welchen die Betätigungskraft elektromechanisch erzeugt wird, haben Betätigungselemente eine vergleichbar kleine Querschnittsfläche, mit welcher das Betätigungselement gegen den Bremsbelag drückt. Die die Betätigungskraft wirkt so nur auf einen kleinen, in der Regel mittigen Bereich des Bremsbelags ein. Aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, bei welchen zwischen einem Bremskolben bzw. einem Druckstück und dem Bremsbelag, bzw. der Trägerplatte eines Bremsbelags eine Druckplatte angeordnet ist. Solche Druckplatten wirken druckverteilend.
Bspw. offenbart die EP 1 832 777 B1 eine Scheibenbremse mit einer Druckplatte, welche an dem bremsscheibenseitigen Ende eines Druckstücks vorgesehen und mit einem Bremsbelaghalter kraftübertragend verbunden ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kraftübertragung einer eingeleiteten Betätigungskraft auf einen Bremsbelag und eine zugehörige Bremsscheibe zu optimieren.
Diese Aufgabe wird mit einer Kraftübertragungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einer Scheibenbremse gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 13 angegeben.
Die erfindungsgemäße Kraftübertragungsvorrichtung für eine Scheibenbremse umfasst ein Betätigungselement zur Erzeugung und/oder Übertragung einer Bremskraft. Ein solches Betätigungselement kann ein Bremskolben, welcher hydraulisch angetrieben oder ein Kraftausgangsglied eines elektro-mechanischen Antriebs oder Getriebes sein. Oder es kann ein zusätzliches Element sein, welcher die Kraft eines Bremskolbens oder eines Kraftausgangsglieds weiterleitet.
Ferner umfasst die Kraftübertragungsvorrichtung eine Bremsbelaganordnung mit einem Bremsbelag und einer Trägerplatte; und die Kraftübertragungsvorrichtung umfasst ein Druckelement zur Übertragung der Bremskraft zwischen dem Betätigungselement und der Bremsbelaganordnung.
Das Druckelement weist eine Dicke t_D, die sich in Richtung der Betätigungsrichtung der Kraftübertragungsvorrichtung erstreckt, eine Länge L_D, die sich in tangentialer Richtung T einer im Einbauzustand zugehörigen Bremsscheibe erstreckt und eine Breite B_D, die sich in radialer Richtung R einer im Einbauzustand zugehörigen Bremsscheibe erstreckt, auf.
Mit Betätigungsrichtung ist die Bewegungsflucht der Kraftübertragungsvorrichtung gemeint in welcher sich die Kraftübertragungsvorrichtung beim Betätigen oder Lösen der Bremse im in einer Scheibenbremse eingebauten Zustand bewegt. Mit tangentialer Richtung T ist die Orientierung der Tangente einer zugehörigen Bremsscheibe gemeint, wobei das Druckelement - bei einer Betrachtungsflucht entlang der Betätigungsrichtung - die Verbindungsgerade von dem Tangentenpunkt und dem Kreismittelpunkt der Bremsscheibe überdeckt, vorzugsweise so überdeckt, dass die Verbindungsgerade das Druckelement in etwa mittig durchläuft.
Das Druckelement weist eine Krafteingangsseite, welche mit dem Betätigungselement in Wirkverbindung steht, und eine Kraftausgangsseite auf, wobei die Kraftausgangsseite in Längsrichtung des Druckelements voneinander beabstandete Kontaktbereiche aufweist, welche mit der Trägerplatte der Bremsbelaganordnung in Wirkverbindung stehen und wobei die Kraftausgangsseite zwischen den beabstandeten Kontaktbereichen einen, in Bezug zur Außenfläche der beabstandeten Kontaktbereiche, in das Druckelement hinein zurückspringenden Bereich aufweist. Durch den zurückspringenden Bereich ist das Druckelement in diesem Bereich dünner gegenüber der sonstigen Dicke t_D, wodurch eine Gewichtsreduzierung erzielt wird und wodurch in diesem Bereich das Druckelement keinen direkten Kontakt zu der Trägerplatte hat. Es ist vorteilhaft, dass durch den zurückspringenden Bereich der durch das Betätigungselement erfolgende Krafteintrag nicht nur an einer Stelle, insbesondere in der Trägerplattenmitte, auf die Trägerplatte und somit auch auf die Bremsbelagmitte übertragen wird, sondern dass der Krafteintrag gezielt über die Kontaktbereiche in die, bezogen auf die tangentiale Richtung T äußeren Bereiche des Bremsbelags geleitet wird. Durch eine solche Krafteinleitung auf den Bremsbelag wird eine besonders gute Bremsleistung erzielt und es ergibt sich ein günstigeres Verschleißverhalten. Durch die gezielte Kraftverteilung ergibt sich ein auf die Bremsscheibe wirkender größerer Bremshebel. Dies wird an später folgender Stelle noch näher erläutert.
Der zurückspringende Bereich weist einen ersten Versteifungssteg auf, welcher die voneinander beabstandeten Kontaktbereiche in der Weise miteinander verbindet, dass der erste Versteifungssteg nicht oder weniger als der zurückspringende Bereich zurückspringt. Der Versteifungssteg sorgt für eine gute Steifigkeit bzw. Stabilität des Druckelements, dessen Querschnitt durch den zurückspringenden Bereich geschwächt ist. Der Versteifungssteg ist wichtig, insbesondere bei einem Betätigungselement mit kleinem Kontaktquerschnitt, um eine möglichst genau bestimmte Kraftverteilung zu erzielen. Durch die Integration des Versteifungssteges ergibt sich eine kompakte Bauweise. Bevorzugt steht der Versteifungssteg nicht oder zumindest nicht wesentlich über die sonstige Dicke t_D des Druckelements über. Die Kontaktbereiche können bspw. in der Weise mit der Trägerplatte in Wirkverbindung stehen, dass die Außenfläche der Kontakbereiche in Berührung mit der Trägerplatte oder mit einem Zwischenelement der Trägerplatte, bspw. einer Dämpfungslage der Trägerplatte, steht.
Bevorzugt ist der zurückspringende Bereich konkav ausgebildet. Bevorzugt sind die Übergänge von den Kontaktbereichen in den zurückspringenden Bereich abgerundet ausgeführt. Durch diese Maßnahmen ergibt sich ein vorteilhafter Kraftfluss in dem Druckelement und eine optimale Material- und Gewichtsreduzierung.
Der zurückspringende Bereich weist eine Länge L_R auf. Da der zurückspringende Bereich zwischen den Kontaktbereichen angeordnet ist, ist L_R gleich dem Abstand der Kontaktbereiche zueinander.
Vorzugsweise weisen die Kontaktbereiche in Längsrichtung des Druckelements jeweils eine Länge L_K auf, wobei die Länge L_R größer ist als jede einzelne Länge L_K. Bevorzugt ist die Länge L_R wenigstens doppelt so groß ist wie jede einzelne Länge L_K.
Durch diese Ausgestaltung wird die eingeleitete Kraft gezielt von der Mitte weg nach außen verlagert und an außermittigen Bereichen in den Bremsbelag geleitet.
Die Längen L_K und L_R erstrecken sich in die gleiche Richtung, d.h. sie sind gleich orientiert wie die Gesamtlänge L_D.
Vorzugsweise ist das Druckelement in tangentialer Richtung symmetrisch aufgebaut, wobei der zurückspringende Bereich die Mitte bildet und die Kontaktbereiche jeweils an den äußeren Enden des Druckelements angeordnet sind.
Bevorzugt weist das Druckelement eine erste Druckelementaußenkontur auf, die in einer günstigen Gestaltung bogenförmig oder kreisbogenförmig verläuft. Im Einbauzustand, d.h. im eingebauten Zustand in einer Scheibenbremse, ist diese Druckelementaußenkontur hin zum äußeren Durchmesser einer zugehörigen Bremsscheibe orientiert angeordnet. Und das Druckelement weist eine der ersten Druckelementaußenkontur gegenüberliegende zweite Druckelementaußenkontur auf, welche hin zur Kreismitte einer zugehörigen Bremsscheibe orientiert angeordnet ist. Der erste Versteifungssteg verläuft dabei entlang der ersten oder der zweiten Druckelementaußenkontur.
Durch diese Platzierung des Versteifungssteges in die Außenbereiche wird eine unerwünschte Kraftübertragung auf den mittigen Bereich (bezogen auf die Längserstreckung der Bremsbelaganordnung, d.h. in tangentialer Richtung) der Bremsbelagsanordnung vermieden. Der zurückspringende Bereich kann frei, z.B. hinsichtlich Gewichtsoptimierung, gestaltet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der erste Versteifungssteg im Querschnitt einen Steggrund, welcher mit dem Körper des Druckelements verbunden ist, eine Steginnenseite, welche zu dem zurückspringenden Bereich hin orientiert angeordnet ist, eine Stegaußenseite, welche zu der ersten oder der zweiten Druckelementaußenkontur hin orientiert angeordnet ist und einen Stegrücken, welcher zur Bremsbelaganordnung hin orientiert angeordnet ist und welcher die Stegaußenseite und die Steginnenseite verbindet, auf. Die Breite des Stegrückens ist zumindest abschnittsweise zwischen den voneinander beabstandeten Kontaktbereichen konstant. Bevorzugt ist die Breite des Stegrückens über seine gesamte Länge konstant.
Dies vereinfacht die Herstellung und es trägt ebenfalls dazu bei eine unerwünschte Kraftübertragung im mittleren Bereich der Bremsbelaganordnung zu vermeiden.
Der Stegrücken kann im Querschnitt abschnittsweise, vorzugsweise über seine gesamte Länge zwischen den voneinander beabstandeten Kontaktbereichen zwischen der Stegaußenseite und der Steginnenseite eine Rundung oder bevorzugt einen Radius bilden. Die Stegrückenbreite ist dann minimal und im Prinzip als Linie ausgebildet.
Bevorzugt verläuft die Stegaußenseite abschnittsweise, vorzugsweise über seine gesamte Länge zwischen den voneinander beabstandeten Kontaktbereichen bündig mit der ersten oder der zweiten Druckelementaußenkontur.
Die Steginnenseite kann abschnittsweise, vorzugsweise über seine gesamte Länge zwischen den voneinander beabstandeten Kontaktbereichen in der Weise schräg verlaufen, dass sich der Abstand zwischen der Stegaußenseite und der Steginnenseite ausgehend von dem Stegrücken in Richtung des Steggrundes vergrößert.
Vorzugsweise sind die Trägerplatte der Bremsbelagsanordnung und das Druckelement in der Weise überdeckend angeordnet sind, dass ihre Außenkonturen zumindest abschnittsweise deckungsgleich verlaufen. Bevorzugt weist auch die Trägerplatte eine erste Trägerplattenaußenkontur auf, welche mit der ersten Druckelementaußenkontur deckungsgleich verläuft. Zusätzlich oder alternativ verläuft eine zweite Trägerplattenaußenkontur mit der zweiten Druckelementaußenkontur abschnittsweise deckungsgleich.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der zurückspringende Bereich einen zweiten Versteifungssteg auf, welcher die vorgenannten Merkmale des ersten Versteifungsstegs aufweist und wobei der zweite Versteifungssteg entlang derjenigen Druckelementaußenkontur verläuft, welche nicht durch den ersten Versteifungssteg belegt ist. D.h. wenn der erste Versteifungssteg entlang der ersten Druckelementaußenkontur verläuft, dann verläuft folglich der zweite Versteifungssteg entlang der zweiten Druckelementaußenkontur. Wenn der erste Versteifungssteg entlang der zweiten Druckelementaußenkontur verläuft, dann verläuft folglich der zweite Versteifungssteg entlang der ersten Druckelementaußenkontur. Durch diese Doppelanordnung werden die vorgenannten Effekte der Stabilität des Druckelements und der Gestaltungsmöglichkeit des zurückspringenden Bereichs noch verstärkt.
Bevorzugt ist die Trägerplatte in einer Weise gestaltet ist, dass sie in Kontakt mit den Kontaktbereichen des Druckelements steht und dass sie keinen Kontakt zu den Stegrücken hat. Wie schon oben erläutert, begünstig die Kontaktvermeidung im mittleren Bereich der Bremsbelagsanordnung eine definierte Verteilung der einwirkenden Betätigungskraft über die Kontaktbereiche, d.h. in außermittige Bereiche der Bremsbelagsanordnung bzw. des Bremsbelags. Die beschriebene mögliche Querschnittsgeometrie des oder der Versteifungsstege begünstigen die Realisierung von Ausführungen der Kraftübertragungsvorrichtung, bei der ein Kontakt zwischen Stegrücken und Trägerplatte vermieden wird.
Vorzugsweise weist die Trägerplatte in dem Bereich oder in den Bereichen, in welchem/welchen sie den Versteifungssteg oder die Versteifungsstege überdeckt, eine Dickenreduzierung auf. Durch diese Eigenschaft wird der Kontakt zwischen dem oder den Stegrücken und der Trägerplatte vermieden. Bevorzugt wird nur dort eine Dickenreduzierung vorgenommen, wo unmittelbar ein Versteifungssteg bzw. ein Stegrücken verläuft. Bei einem Versteifungssteg mit einer geringen Stegrückenbreite muss die Dickenreduzierung nur wenig von der Trägerplattenfläche in Anspruch nehmen und somit die Trägerplatte nur geringfügig schwächen.
Bevorzugt ist die Dickenreduzierung als Fase oder als Radius ausgebildet, welche entlang der Trägerplattenaußenkontur verläuft.
Der Bremsbelag weist bevorzugt eine Aussparung auf, dass in tangentialer Richtung zwei Bremsbelagabschnitte, vorzugsweise zwei symmetrisch aufgebaute Bremsbelagabschnitte, gebildet werden. Eine solche Aufteilung unterstützt die Verteilung der Betätigungskraft auf die außermittige Bereiche des Bremsbelags.
Alternativ zu Kontaktbereichen, die in Längsrichtung eine solche Ausdehnung haben, dass sie zusammen mit ihrer Breitenausdehnung eine ausgeprägte Außenfläche bilden, die auch visuell ohne weiteres als Fläche erkennbar ist, können die Kontaktbereiche auch stegförmig ausgebildet sein. Sonstige Eigenschaften der Kraftübertragungsvorrichtung entsprechen dabei den vorstehend erläuterten Ausgestaltungsmöglichkeiten. Eine solche stegförmige Ausgestaltung kann derart sein, dass die zur Bremsbelaganordnung gewandten Außenflächen der stegförmigen Kontaktbereiche einen linienartigen Kontakt bilden. D.h. die jeweilig Länge L_K der Kontaktbereiche ist in diesem Fall so klein, dass statt Kontaktflächen näherungsweise Kontaktlinien vorliegen. Vorzugsweise bilden bei dieser alternativen Ausführung die stegförmigen Kontaktbereiche zusammen mit den Versteifungsstegen einen umlaufenden Steg. Bevorzugt verlaufen die stegförmigen Kontaktbereiche dabei entlang der die Druckelementaußenkonturen verbindenden Seitenkanten des Druckelements.
Die Ausführung der Kontaktbereiche in Stegform trägt zur Gewichtsreduzierung des Druckelements und somit der Kraftübertragungsvorrichtung bei. Die Stegform ist auch eine geeignete Maßnahme um die zu übertragende Betätigungskraft an definierte Stellen des Bremsbelags zu leiten. Bevorzugt verlaufen die der Bremsbelaganordnung zugewandten Außenflächen der stegförmigen Kontaktbereiche und die Stegrücken der Versteifungsstege in einer Ebene, welche das Druckelement in seiner Dicke t_D auf der Kraftausgangsseite begrenzt. Die Versteifungsstege, welche die Kontaktbereiche miteinander verbinden und die Kontaktbereiche selbst, wenn sich stegförmig ausgebildet sind, können die gleiche Querschnittsgeometrie aufweisen. Dies vereinfacht die Herstellung.
Die erfindungsgemäße Scheibenbremse umfasst eine Kraftübertragungsvorrichtung, welche gemäß der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist. Das Druckelement weist eine Dicke t_D, die sich in Richtung der Betätigungsrichtung der Kraftübertragungsvorrichtung erstreckt, eine Länge L_D, die sich in tangentialer Richtung T der Bremsscheibe erstreckt und eine Breite B_D, die sich in radialer Richtung R der Bremsscheibe erstreckt, auf.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen schematisch:

1 bis 7 ein erstes Ausführungsbeispiel der Kraftübertragungsvorrichtung
1 eine perspektivische Ansicht der Kraftübertragungsvorrichtung
2 eine Seitenansicht der Kraftübertragungsvorrichtung
3 eine Ansicht von Hinten der Kraftübertragungsvorrichtung
4 eine Schnittansicht der Kraftübertragungsvorrichtung
5 eine perspektivische Ansicht des Druckelements
6 eine Vorderansicht des Druckelements
7 eine Schnittansicht des Druckelements
8 eine perspektivische Teilansicht der Scheibenbremse
9 einen Bremsbelag mit vergleichenden Krafteinwirkungspositionen
10 Krafteinwirkungszonen bei einem Bremsbelag ohne erfindungsgemäßem Druckelement
11 Krafteinwirkungszonen bei einem Bremsbelag mit erfindungsgemäßem Druckelement
12 bis 18 ein zweites Ausführungsbeispiel der Kraftübertragungsvorrichtung
12 eine perspektivische Ansicht der Kraftübertragungsvorrichtung
13 eine Seitenansicht der Kraftübertragungsvorrichtung
14 eine Ansicht von Hinten der Kraftübertragungsvorrichtung
15 eine Schnittansicht der Kraftübertragungsvorrichtung
16 eine perspektivische Ansicht des Druckelements
17 eine Vorderansicht des Druckelements
18 eine Schnittansicht des Druckelements

Sich wiederholende Bauteile sind nicht in jeder Figur gesondert bezeichnet.
Erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftübertragungsvorrichtung:
In den 1 und 3 sieht man die erfindungsgemäße Kraftübertragungsvorrichtung 1 von der Rückseite. D.h. es ist ein Betätigungselement 10, welches auf der Krafteingangsseite 41 des Druckelements 40 an diesem Mittig anliegt. Der Krafteintrag im Betrieb und bei einer Bremsenbetätigung erfolgt also in einem im Vergleich zur gesamten Fläche der Krafteingangsseite 41 kleinen Flächenabschnitt der Krafteingangsseite 41. Auf der der Krafteingangsseite 41 gegenüberliegenden Kraftausgangsseite 42 des Druckelements 40 ist die Bremsbelaganordnung 20 in 1 teilweise zu sehen.
Die Anordnung der Bauteile ist ebenfalls in 2 in einer Seitenansicht dargestellt. Das Druckelement 40 liegt mit zwei Kontaktbereichen 43, insbesondere mit deren Außenflächen 56 an der Trägerplatte 30 der Bremsbelaganordnung 20, insbesondere an einer Zwischenlage oder Dämpfungslage 22 der Trägerplatte 30 an. Die Betätigungsrichtung 102 der Kraftübertragungsvorrichtung 1 ist ebenfalls in 2 dargestellt.
In der 3 ist zu sehen, dass das Druckelement 40 eine erste Druckelementaußenkontur 46 und eine der ersten Druckelementaußenkontur 46 gegenüberliegende zweite Druckelementaußenkontur 47 aufweist. Die erste Druckelementaußenkontur 46 verläuft kreisbogenförmig und ist dem Außendurchmesser einer im in einer Scheibenbremse 100 eingebauten Zustand zugehörigen Bremsscheibe 101 zugewandt. Die zweite Druckelementaußenkontur 47 verläuft gerade und ist der Bremsscheibenmitte 103 der im eingebauten Zustand zugehörigen Bremsscheibe 101 zugewandt. Die Trägerplatte 30 weist eine erste Trägerplattenaußenkontur 31 auf, die deckungsgleich mit der ersten Druckelementaußenkontur 46 verläuft, und eine zweite Trägerplattenaußenkontur 32, die abschnittsweise deckungsgleich mit der zweiten Druckelementaußenkontur 47 verläuft.
In der 4 ist im Kontaktbereich von Druckelement 40 und der Trägerplatte 30 ein zurückspringender Bereich 44 des Druckelements 40 zu sehen. Dort, wo der zurückspringende Bereich 44 hinter die Kontaktbereichsaußenfläche 56 zurückspringt, berührt das Druckelement 40 die Trägerplatte 30 nicht. Entlang der ersten und der zweiten Druckelementaußenkontur 46, 47 verläuft jeweils ein Versteifungssteg 45, 45'. Die Versteifungsstege 45, 45' verlaufen bündig mit der jeweiligen Druckelementaußenkontur 46, 47. Dort, wo die Trägerplatte 30, insbesondere mit der Trägerplattenaußenkontur 31, 32 deckungsgleich mit den Versteifungsstegen 45, 45' verläuft, weist die Trägerplatte 30 entlang ihrer Trägerplattenaußenkontur 31, 32 eine Dickenreduzierung in Form einer Fase 33 auf. Das Druckelement 40 hat dadurch in diesen Bereichen keinen Kontakt mit der Trägerplatte 30. Kontakt zwischen Druckelement 40 und Trägerplatte 30 entsteht nur dort, wo dieser beabsichtigt ist, nämlich ausschließlich in den Kontaktbereichen 43.
Der Verlauf und die Form der Versteifungsstege 45, 45 ‚ist in den 5 bis 7 zu sehen. In 5 ist zu sehen, dass die Kontaktbereiche 43 jeweils die Außenfläche 56 aufweisen. Diese stehen in Kontakt mit der Trägerplatte 30 bzw. mit der Dämpfungslage 22 der Trägerplatte 30 (siehe 1 bis 4). Der zurückspringende Bereich 44 tritt hinter die Außenflächen 56 in den Körper 57 des Druckelements 40 zurück und bildet so eine Mulde. Die Versteifungsstege 45, 45‘ verlaufen jeweils entlang der ersten Druckelementaußenkontur 46 und entlang der zweiten Druckelementaußenkontur 47 und verbinden jeweils die Kontaktbereiche 43. Die Versteifungsstege 45, 45' sind einstückig mit dem Druckelement 40 verbunden und setzen mit einem Steggrund 48, 48' an den Körper 57 an. Ihre Stegaußenseiten 52, 52' verlaufen jeweils bündig mit den Druckelementaußenkonturen 46, 47. Die Steginnenseiten 50, 50' verlaufen jeweils ausgehend vom Körper 57 schräg, den Steg verjüngend, hin zu jeweils Stegrücken 54, 54', welche die Stege jeweils nach außen abschließen. Die Stegrücken 54, 54' bilden im Querschnitt betrachtet jeweils einen Radius, welcher jeweils die Stegaußenseite 52, 52' und die Steginnenseite 50, 50' verbindet. Die Stegrücken 54, 54' verlaufen in einer Ebene mit den Kontaktbereichsaußenflächen 56. Es ist dabei vorteilhaft, dass die Versteifungsstege 45, 45' die Dicke t_D des Druckelements nicht vergrößern. Durch die Positionierung und Integration der Versteifungsstege 45, 45' auf der Kraftausgangsseite können Stabilisierungselemente an anderen Bereichen oder Bauteilen vermieden werden. Bspw. kann bei der Trägerplatte 30, die zusammen mit dem Bremsbelag 21 ein Verschleißteil bildet, Material eingespart werden. Dennoch wird der gewünschte Effekt der Kraftverteilung mithilfe des bzw. der Versteifungsstege 45, 45' erreicht.
Das Druckelement 40 weist eine Länge L_D, eine Breite B_D und eine Dicke t_D auf. In Längsrichtung sind die Kontaktbereiche 43 voneinander mit einem Abstand L_R beabstandet angeordnet. Zwischen den Kontaktbereichen, welche in Längsrichtung des Druckelements 40 (d.h. in tangentialer Richtung T bezogen auf eine zugehörige Bremsscheibe 101) jeweils eine Länge L_K aufweisen, befindet sich der zurückspringende Bereich 44, welcher somit ebenfalls die Länge L_R hat. Die Übergänge zwischen den verschiedenen Dickenbereichen (z.B. von der Kontaktbereichsaußenfläche 56 hin zu dem zurückspringenden Bereich 44) sind mit Radien bzw. mit tangentialen Übergängen versehen. Die Tiefe des Rücksprungs des zurückspringenden Bereich 44 kann 2 bis 6 mm betragen, vorzugsweise 3 bis 5 mm.
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Scheibenbremse:
8 zeigt eine erfindungsgemäße Scheibenbremse 100 mit einer entsprechenden Kraftübertragungsvorrichtung 1. Von der Scheibenbremse 100 ist nur ein Ausschnitt dargestellt. Die Bremsscheibe 101 ist nur angedeutet und ebenfalls ausschnittsweise dargestellt. Zu sehen ist, dass die ebenfalls ausschnittsweise dargestellte Kraftübertragungsvorrichtung 1 in einem Schiebesattel 104 aufgenommen ist. Durch einen elektromechanischen Antrieb wird die Kraftübertragungsvorrichtung 1 in Betätigungsrichtung 102 betätigt. D.h. bei einem Bremsvorgang wird die Kraftübertragungsvorrichtung 1 in Richtung der Bremsscheibe 101 bewegt. Beim Lösen der Bremse wird die Kraftübertragungsvorrichtung 1 von der Bremsscheibe 101 wegbewegt. Die tangentiale Richtung T der Bremsscheibe 101 ist hier mittig über der Kraftübertragungsvorrichtung 1 bzw. mittig über dem Druckelement 40 eingetragen. In Richtung dieser tangentialen Richtung T bzw. in Richtung ihrer Parallelen hat das Druckelement 40 eine Längserstreckung mit einer Länge t_D. Die radiale Richtung R ergibt sich durch eine Verbindungsgerade durch den Tangentenpunkt 106 und der Bremsscheibenmitte 104.
Kraftverteilung gemäß Erfindung:
9 zeigt eine Bremsbelaganordnung 20 mit Blick auf den Bremsbelag 21. In der Mitte des Bremsbelags 21 befindet sich eine Bremsbelagaussparung 23, die in radialer Richtung verläuft. Dadurch ist der Bremsbelag 21 ist in zwei symmetrisch aufgebaute Bremsbelagbereiche 24 aufgeteilt.
In 9 ist vergleichend dargestellt, dass durch die gezielte Verlagerung der mittig eingetragenen Betätigungskraft in die äußeren Bereiche des Bremsbelags der Krafteingriff auf der Bremsscheibe 101 weiter weg von der Bremsscheibenmitte 103 wandert. Dadurch wirkt die Bremsscheibe 101 mit einem größeren Hebelarm. Der wirksame Hebelarm ist mit y₁ und y₂ gekennzeichnet. y₁ ist der Helbelarm, welcher sich ohne das erfindungsgemäße Druckelement 40 ergibt, d.h. bei einer plattenförmigen Ausgestaltung des Druckelements ohne zurückspringenden Bereich und ohne Versteifungsstege. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Druckelements 40 teilt sich der ansonsten eine mittige Krafteingriffspunkt auf zwei nach außen verlagerte Krafteingriffspunkte auf. Dadurch, dass die Verlagerung nicht entlang einer Kreisbahn erfolgt sondern entlang einer Tangente bzw. einer Tangentenparallelen, vergrößert sich der Hebelarm bzw. die Hebelarme. D.h. y₂ ist größer als y₁. Dies wirkt sich positiv auf die Bremsleistung aus. Außerdem wird das Verschleißverhalten durch die Aufteilung des Kraftangriffs durch eine gleichmäßigere Abnutzung optimiert.
Die 10 und 11 veranschaulichen ebenfalls vergleichend die Druckverteilung, welche sich durch eine verschiedene Gestaltung des Druckelements 40 ergibt und welche durch entsprechende Versuche nachweisbar ist.
10 zeigt die Druckverteilung bei Verwendung eines plattenförmigen Druckelements 40 ohne zurückspringenden Bereich und ohne Versteifungsstege. Die verschiedenen Druckbereiche sind durch die Druckzonen, die mit den Kleinbuchstaben a bis f bezeichnet sind, dargestellt. Dabei wirkt auf den mit a gekennzeichneten Bereich die höchste Druckkraft (Krafteingriff) und entsprechend der Buchstabenfolge abgestuft auf den mit f gekennzeichneten Bereich die geringste Druckkraft. Man sieht also, dass bei Verwendung eines herkömmlichen Druckelements 40 die Druckkraft in der Bremsbelagsmitte am höchsten ist und dass die Druckraft in Richtung der Randbereiche des Bremsbelags stetig abnimmt.
11 zeigt die Druckverteilung bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Druckelements 40. Hier sieht man, dass die höchste Druckkraft in den mit a gekennzeichneten optimalen Bereichen verlagert wurde. Zur Mitte hin und weiter nach außen nimmt die Druckkraft ab. Gerade in den mit a gekennzeichneten Bereichen erhält man einen günstigen Krafteingriff auf die Bremsscheibe 101 mit größerem Hebel. Dadurch ergibt sich eine höhere Bremsleistung.
Zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftübertragungsvorrichtung:
Der Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht im Wesentlichen dem des ersten Ausführungsbeispiels. Aus diesem Grund konzentriert sich die nachfolgende Beschreibung auf die sich unterscheidenden Eigenschaften. Gleiche Komponenten sind in den 12 bis 18 mit, im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel, den gleichen Zahlen im Einer- und Zehnerziffernbereich gekennzeichnet. Im zweiten Ausführungsbeispiel jedoch um 200 erhöht.
In 12 und 13 ist zu sehen, dass die Länge L_D des Druckelements 240 wesentlich kleiner ist als die Länge der Bremsbelaganordnung 220. D.h. die Trägerplatte 30 wird von dem Druckelement 240 nur teilweise überdeckt. Dort, wo das Druckelement 240 die Trägerplatte 30 nicht überdeckt, kommt die Dämpfungslage 222 zum Vorschein. Die erste Druckelementaußenkontur 246 und die erste Trägerplattenaußenkontur 231 verlaufen deckungsgleich. Ebenso verlaufen die zweite Druckelementaußenkontur 247 und die zweite Trägerplattenaußenkontur 232 deckungsgleich.
In 15 ist zu sehen, dass der Bremsbelag 221 aufgrund der Aussparung 223 in zwei Bremsbelagbereiche 224 unterteilt ist. Ferner ist zu sehen, dass in Längsrichtung des Druckelements, bzw. entlang der tangentialen Richtung T das Druckelement 240 auf der Kraftausgangsseite 242 zwischen zwei an den Rändern platzierten stegförmigen Kontaktbereichen 243 einen konkav geformten zurückspringenden Bereich 244 aufweist. Die Kontaktbereiche 243 liegen mit einem linienförmigen Kontakt 256 an der Dämpfungslage 222 der Trägerplatte 230 an.
Die 16 bis 18 zeigen die Geometrie des Druckstücks.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1832777 B1 [0002]

Claims

Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) für eine Scheibenbremse (100), umfassend ein Betätigungselement (10, 210) zur Erzeugung und/oder Übertragung einer Bremskraft, eine Bremsbelaganordnung (20, 220) mit einem Bremsbelag (21, 221) und einer Trägerplatte (30, 230), ein Druckelement (40, 240) zur Übertragung der Bremskraft zwischen dem Betätigungselement (10, 210) und der Bremsbelaganordnung (20, 220), wobei das Druckelement (40, 240) eine Dicke (t_D), die sich in Richtung der Betätigungsrichtung (102) der Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) erstreckt, eine Länge (L_D), die sich in tangentialer Richtung (T) einer im Einbauzustand zugehörigen Bremsscheibe (101) erstreckt und eine Breite (B_D), die sich in radialer Richtung (R) einer im Einbauzustand zugehörigen Bremsscheibe (101) erstreckt, aufweist, wobei das Druckelement (40, 240) eine Krafteingangsseite (41, 241), welche mit dem Betätigungselement (10, 210) in Wirkverbindung steht, und eine Kraftausgangsseite (42, 242) aufweist, wobei die Kraftausgangsseite (42, 242) in Längsrichtung des Druckelements (40, 240) voneinander beabstandete Kontaktbereiche (43, 243) aufweist, welche mit der Trägerplatte (30, 230) der Bremsbelaganordnung (20, 220) in Wirkverbindung stehen, wobei die Kraftausgangsseite (42, 242) zwischen den beabstandeten Kontaktbereichen (43, 243) einen, in Bezug zur Außenfläche (56, 256) der beabstandeten Kontaktbereiche (43, 243), in das Druckelement (40, 240) hinein zurückspringenden Bereich (44, 244) aufweist, wobei der zurückspringende Bereich (44, 244) einen ersten Versteifungssteg (45, 245) aufweist, welcher die voneinander beabstandeten Kontaktbereiche (43, 243) in der Weise miteinander verbindet, dass der erste Versteifungssteg (45, 245) nicht oder weniger als der zurückspringende Bereich (44, 244) zurückspringt.
Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) nach Anspruch 1, wobei der zurückspringende Bereich (44, 244) konkav ausgebildet ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zurückspringende Bereich (44, 244) eine Länge L_R aufweist, wobei die Kontaktbereiche (43, 243) in Längsrichtung des Druckelements (40, 240) jeweils eine Länge L_K aufweisen und wobei die Länge L_R größer ist als jede einzelne Länge L_K, insbesondere wenigstens doppelt so groß ist wie jede einzelne Länge L_K ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Druckelement (40, 240) eine erste Druckelementaußenkontur (46, 246), insbesondere bogenförmig, insbesondere kreisbogenförmig verlaufende Außenkontur, aufweist, welche im Einbauzustand hin zum äußeren Durchmesser einer zugehörigen Bremsscheibe (101) orientiert angeordnet ist, und eine der ersten Druckelementaußenkontur (46, 246) gegenüberliegende zweite Druckelementaußenkontur (47, 247), welche im Einbauzustand hin zur Kreismitte einer zugehörigen Bremsscheibe (101) orientiert angeordnet ist, wobei der erste Versteifungssteg (45, 245) entlang der ersten oder der zweiten Außenkontur (46, 47; , 246, 247) verläuft.
Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) nach Anspruch 4, wobei der erste Versteifungssteg (45, 245) im Querschnitt einen Steggrund (48, 248), welcher mit dem Körper (57, 257) des Druckelements (40, 240) verbunden ist, eine Steginnenseite (50, 250), welche zu dem zurückspringenden Bereich (44, 244) hin orientiert angeordnet ist, eine Stegaußenseite (52, 252), welche zu der ersten oder der zweiten Druckelementaußenkontur (46, 47; 246, 247) hin orientiert angeordnet ist und einen Stegrücken (54, 254), welcher zur Bremsbelaganordnung (20, 220) hin orientiert angeordnet ist und welcher die Stegaußenseite (52, 252) und die Steginnenseite (50, 250) verbindet, aufweist, wobei die Breite des Stegrückens (54, 254) zumindest abschnittsweise, insbesondere über seine gesamte Länge, zwischen den voneinander beabstandeten Kontaktbereichen (43, 243) konstant ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) nach Anspruch 5, wobei der Stegrücken (54, 254) im Querschnitt zumindest abschnittsweise, insbesondere über seine gesamte Länge, zwischen den voneinander beabstandeten Kontaktbereichen (43, 243) zwischen der Stegaußenseite (52, 252) und der Steginnenseite (50, 250) eine Rundung, insbesondere einen Radius, bildet und/oder wobei die Stegaußenseite (52, 252) zumindest abschnittsweise, insbesondere über seine gesamte Länge, zwischen den voneinander beabstandeten Kontaktbereichen (43, 243) bündig mit der ersten oder der zweiten Druckelementaußenkontur (46, 47; 246, 247) verläuft und/oder wobei die Steginnenseite (50, 250) zumindest abschnittsweise, insbesondere über seine gesamte Länge, zwischen den voneinander beabstandeten Kontaktbereichen (43, 243) in der Weise schräg verläuft, dass sich der Abstand zwischen der Stegaußenseite (52, 252) und der Steginnenseite (50, 250) ausgehend von dem Stegrücken (54, 254) in Richtung des Steggrundes (48, 248) vergrößert.
Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Trägerplatte (30, 230) und das Druckelement (40, 240) in der Weise überdeckend angeordnet sind, dass ihre Außenkonturen zumindest abschnittsweise deckungsgleich verlaufen, dass insbesondere auch die Trägerplatte (30, 230) eine erste Trägerplattenaußenkontur (31, 231) aufweist, welche mit der ersten Druckelementaußenkontur (46, 246) deckungsgleich verläuft und/oder die Trägerplatte (30, 230) eine zweite Trägerplattenaußenkontur (32, 232) aufweist, welche mit der zweiten Druckelementaußenkontur (47, 247) abschnittsweise deckungsgleich verläuft.
Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zurückspringende Bereich (44, 244) einen zweiten Versteifungssteg (45', 245') aufweist, welcher die Merkmale des ersten Versteifungsstegs (45, 245) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche aufweist und wobei der zweite Versteifungssteg (45', 245') entlang derjenigen Druckelementaußenkontur (46, 47; 246, 247) verläuft, welche nicht durch den ersten Versteifungssteg (45, 245) belegt ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) nach Anspruch 8, wobei die Kontaktbereiche (43, 243) stegförmig, insbesondere in der Weise stegförmig ausgebildet sind, dass ihre zur Bremsbelaganordnung (20, 220) gewandten Außenflächen (56, 256) einen linienartigen Kontakt bilden.
Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) nach Anspruch 9, wobei die stegförmigen Kontaktbereiche (43, 243) zusammen mit den Versteifungsstegen (45, 45'; 245, 245') einen umlaufenden Steg bilden.
Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trägerplatte (30, 230) in einer Weise gestaltet ist, dass sie in Kontakt mit den Kontaktbereichen (43, 243) des Druckelements (40, 240) steht, insbesondere mit deren Außenflächen (56, 256), und dass sie keinen Kontakt zu den Versteifungsstegen (45, 45'; 245, 245'), insbesondere zu den Stegrücken (54, 54'; 254, 254') hat.
Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trägerplatte (30, 230) in dem Bereich oder in den Bereichen, in welchem/welchen sie den Versteifungssteg oder die Versteifungsstege (45, 45'; 245, 245') überdeckt, eine Dickenreduzierung (33, 233), insbesondere eine als entlang der Trägerplattenaußenkontur (31, 32; 231, 232) verlaufende Fase oder einen als entlang der Trägerplattenaußenkontur (31, 32; 231, 232) verlaufenden Radius ausgebildete Dickenreduzierung (33, 233), aufweist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Bremsbelag (21, 221) eine Aussparung (23, 223) aufweist, dass in tangentialer Richtung (T) zwei Bremsbelagabschnitte (24, 224), insbesondere zwei symmetrisch aufgebaute Bremsbelagabschnitte (24, 224), gebildet werden.
Scheibenbremse (100) mit einer Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Druckelement (40, 240) eine Dicke (t_D), die sich in Richtung der Betätigungsrichtung (102) der Kraftübertragungsvorrichtung (1, 201) erstreckt, eine Länge (L_D), die sich in tangentialer Richtung (T) der Bremsscheibe (101) erstreckt und eine Breite (B_D), die sich in radialer Richtung (R) der Bremsscheibe (101) erstreckt, aufweist.