专利名称：盘式制动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种盘式制动器，包括一个具有合适的旋转方向的制动盘；在所述制动盘第一侧的带第一重心的第一制动板；在所述制动盘第二侧的带第二重心的第二制动板；一个将所述第二制动板产生的制动力传送到所述制动盘第一侧的卡钳，其在制动盘第一侧带有第一卡钳臂并且在制动盘第二侧带有第二卡钳臂；及一个具有垂直于所述制动盘的中心轴并且被设计用于将第一制动板压向制动盘的夹紧装置；其中在制动器静止时和当制动器启动时的两种情况下的第二重心，在相应于制动盘合适旋转方向的制动盘出口侧方向上相对第一重心偏移预定的第一距离。
除上述重心的位移偏移以外，这种盘式制动器可从US 5,022,500中获知。
通常，盘式制动器根据它们与卡钳中夹紧装置的布置有关的设计和工作模式来区分。实例如
图1到图4所示。
图1显示了根据反作用力原理一侧夹紧的滑动卡钳盘式制动器的示意截面图。
图2显示了根据反作用力原理一侧夹紧和具有浮动制动盘的固定卡钳盘式制动器的示意截面图。
图3显示了具有两侧夹紧装置和固定制动盘的固定卡钳盘式制动器的示意截面图。
图4显示了盘式制动器局部剖面的顶视示意图。
尽管下面讨论的问题涉及的是滑动卡钳盘式制动器，如果在自由卡钳臂(也即无支持的卡钳臂)上直接保持、引导和/或支撑制动板，所有这些说明也可类似地应用于具有一侧或两侧夹紧的铰接式或固定式卡钳盘式制动器。自由臂吸收这一侧的外围制动力，并且通过横跨制动盘的桥架部将外围制动力传送到卡钳的另一侧，另一侧的卡钳臂与固定部件连接。换句话说，本发明不限于滑动卡钳盘式制动器。
依照图1到图4示意的现有技术，盘式制动器具有一个使用两个卡钳臂紧抱制动盘4的卡钳1，其配备有至少一个安装在制动盘4一侧上用来对制动板2、3施力的夹紧装置5，其中，制动板在卡钳臂上被支撑和引导，并在制动盘4两侧处靠向制动盘4。以这种方式保持/引导制动板2、3使其彼此相对放置，并且在制动盘方向上发生位移时，其重心轴或重心S1、S2(图4)叠置且垂直地接触制动盘的平面。
在这点上，卡钳1通过固定部件6在制动盘4一侧处连接被称作轮轴部件的车辆部件7(图中未示)。当制动器启动时，被卡钳1吸收的制动转矩通过固定部件6传递到车辆部件7(轮轴部件)。特别是，当所谓的轮缘侧制动板3不具有吸收外围制动力的独立的引导和支撑部件，例如制动器托架，而是直接安装在自由的、无支持的卡钳臂上时，卡钳1在制动器启动时更容易在对应于制动盘4的旋转方向D的制动盘出口侧方向上变得歪斜。
由于不均匀的制动衬面接触，这不仅导致轮缘侧制动板3的不利的斜磨损，而且由于盘式制动器的卡钳设计也导致引导和支撑部件上的极度负载。在滑动卡钳或铰接卡钳情况下是导销8或轴承销，但是在固定卡钳情况下是固定凸缘。与车辆部件有关的卡钳的引导或支撑装置必须设计得相对稳定。
尤其在商务车盘式制动器的情况下，由于制动车辆需要非常高的制动转矩，相对地，昂贵材料的设计是必须的。但是，即使这种方法也不能完全避免不利的卡钳歪斜。
因此，根据DE 197 43 538在自由卡钳臂(轮缘侧)上直接安装制动板的盘式制动器，通过使部分制动器托架用侧向引导臂横跨制动盘来用作卡钳的支撑/接触表面，试图在采用滑动卡钳情况下阻止卡钳歪斜，即意图阻止卡钳歪斜。但是，由于在制动和释放操作中卡钳接触的干扰摩擦转矩，窄引导公差限制了滑动功能。滑动卡钳的引导轴承上/内的高弯曲转矩和摩擦转矩也具有不利影响。
EP专利709 592公开了这个问题的另一个可能的解决方法。其同样提出了在制动器固定部件夹紧侧上的制动板引导，以及在卡钳臂的轮缘侧上的制动板引导，并且导销用来引导卡钳。
在上述的两个现有技术解决方案中，相对于制动盘，制动板的重心彼此相对放置。因而制动板彼此对称地相对放置。
根据EP专利709 592的制动器或多或少使用板形制动器托架，由于重量减小，对于商务车来说这是一个好的选择，但是具有这种设计的盘式制动器，即使是小的盘式制动器和用在客车中的盘式制动器也会遭受巨大的不利，这些不利主要表现在卡钳歪斜。这种歪斜的结果是卡钳引导中包括摩擦转矩在内的高弯曲转矩(相反于卡钳歪斜的转矩)，以及带有不利的切向磨损的不均匀轮缘侧衬面接触。
为满足市场对滑动或固定卡钳的增长需求-例如减轻重量和紧凑、服务友好(service friendly)的设计-并且同时确保可靠的制动功能和制动稳定性，必须努力开发新式的制动设计，同时对使用的材料给予充分的考虑。
例如，2005年9月5日提出的德国专利申请102 41 157提供了US 5,022,500公开的制动器的改进，其中，通过使第二重心在向制动盘出口侧的方向上，也就是当制动盘在较佳方向旋转时拖曳的一侧，偏移第一重心预定的距离，从而阻止卡钳歪斜。
换句话说，根据德国专利申请102 41 157的制动器预先被设计成“非对称的”。因此在两个重心之间产生相应于偏移量的转矩，其相反于在连接到轮轴固定部件的制动器卡钳一侧上的转矩。如果合适地选择偏移量，这两个转矩彼此抵消；它们彼此“中和”。因此，如果适当地选择偏移量，可阻止卡钳歪斜，其结果是衬面与盘均匀接触，尤其是在制动器卡钳的自由侧上。这导致相应的磨损补偿。导销不必产生与增大的摩擦转矩相关的反转矩，相反仅需要吸收移置卡钳的力和支撑卡钳的转矩。如果卡钳是滑动类型，这样对于滑动也提供了改进的支撑。
在这点上，在制动盘的每侧上仅有如以上基于功能实例所述单一的摩擦元件，或是在制动盘的每侧上有几个单独的制动板/单独的段均是无关的，因为通过偏移排列产生反转矩的效果也可由几个制动板实现。
这对于可在至少一个轴承销上转动的铰接卡钳以及固定的卡钳盘式制动器也是符合的(true)。作为前面说明的转矩中和的结果，在卡钳的保持或安装区域不再具有任何“交叉”(歪斜)，其结果是由于使用更小的材料量，因此也实现了材料和重量的节省。
GB 1,066,442公开了一种盘式制动器，其中，夹紧装置的中心轴与制动盘的主平面围成一个锐角。
JP 09-032870 A公开了一种盘式制动器，其中，夹紧装置的中心轴不穿过第一重心或第二重心，并且这两个重心彼此相对偏移。
现在对根据德国专利申请102 41 157的盘式制动器进行更详细说明。
--图5到图7显示各种实施例的示意图。
就这些图所示的范围，图5到图7使用的参考数字与图1到图4使用的参考数字一样。
如图5到图7所示，重心S1和S2不重合，但是制动板3的重心S2在向制动盘出口侧相对制动板2的重心S1偏移距离V。通过在平行方向上移动制动板3或者通过在自由卡钳臂上排列制动板3以使其相对制动板2转动角度β，从而实现偏移V。在后者的情况下，两个重心S1和S2位于沿围绕制动盘4中心轴的假想的圆弧上。这种设计的优点是相同设计的衬面能够用在制动盘的两侧上。例如，这消除了将衬面安装在错误一侧的可能性。
卡钳1在横跨制动盘区域的桥架区域具有径向开口9。在卡钳的顶视图中(图6)，径向开口9的轮廓在衬面偏移V的方向上以角度α斜向伸展，其形状因而或多或少如同平行四边形。
制动器安装可用的空间(通常在轮缘内)是受限的。
根据引言，本发明来自于对应EP 145 593 B1的US 4,632,227 A中公开的盘式制动器类型。在现有已知的盘式制动器中，卡钳10的两个压杆和制动盘18相距同等的径向距离。但是，没有提供不对称的结构。因此，为了实现两个制动衬面相对于夹紧结构的偏移，必须加宽卡钳。否则，不能容纳两个偏移衬面。从而，在相关的保持区域之间的距离增加，其结果是卡钳覆盖制动盘的扇形区域的扩大。在顶视图中，卡钳延长超过保持装置的宽度(在这里，例如盘出口侧上的右侧导销)。
因此，现有已知盘式制动器的卡钳设计成带有大的区域，这样导致相应的重量增大以及在保持和引导部件上的额外负载。而且，转矩中和的目标没有达到满意程度。另外，安装所需的空间增大了。
本发明的目的是根据US 4,632,227 A(EP 145 593 B1)以尤其是使第二(轮缘侧)制动板均匀地压在制动盘上的方式进一步开发和改进盘式制动器。
依照本发明，该目的由新权利要求1的特征条款中指定的特征实现，尤其是由不同的径向距离实现。
这样，本发明不仅有可能最小化安装时需要空间的第二卡钳臂，而且有可能使卡钳无需加宽而传送无损的高夹紧力，以及在预定弹性范围内，使卡钳在制动期间以合适的制动盘旋转方向移动，而没有与围绕制动器的制动盘或轮缘发生碰撞的任何危险。
由于所述的第二侧(轮缘区域)上的不对称，卡钳向内径向移动，从而使第二制动板均匀地压在制动盘上。这导致对制动盘的均匀热输入，即增大了制动周期的寿命，因为其消除了可能另外导致制动盘过热和热裂纹形成的不利影响。
最后，本发明的设计导致转矩补偿，所以卡钳整体受到更小转矩的支配。因此，可以以更小的强度进行设计，这样导致相关重量和安装空间的节省。
优选两个卡钳臂的偏移量等于两个制动板重心的偏移量或制动板的偏移量。这导致最适宜的工作条件。
依照本发明，尤其是作为机械上的优点，进一步优选使两个重心和制动盘的中心轴相距同等的径向距离。换句话说，两个重心围绕制动盘中心有一规定角距。
在平行于制动盘的方向上，第二重心相对于第一重心的偏移至少部分基于第二制动板相对于平行于制动盘的第一制动板的偏移。换句话说，本发明的设计提供不仅使制动板的重心还有制动板自身以彼此偏移的方式排列。
为了确保夹紧侧上的对称夹紧，依照本发明，优选使夹紧装置的中心轴穿过第一重心。
不考虑偏移，为保证制动盘上的第二制动板的完全接触，也由于对称的原因，第二制动板相对于第一制动板旋转。因此，依照本发明，优选使倚靠第二制动板的第二卡钳臂区域也相对于倚靠第一制动板的第一卡钳臂区域转动交错。
在这点上，依照本发明，还优选使倚靠第二制动板的第二卡钳臂区域围绕相对于倚靠第一制动板的第一卡钳臂区域的制动盘的旋转轴旋转。这符合不考虑偏移情况下两个重心与制动盘的中心轴相距同等的径向距离的实施例。
尤其是为了达到材料节省的目的，依照本发明，连接装置在横跨制动盘的区域具有开口。
依照本发明，为了更好地放置制动板，开口优选扩展至在平行于制动盘的投影中的第一和/或第二制动板。
在这点上，开口的轮廓或多或少是平行四边形，所以，尤其是在制动板以彼此偏移的方式排列的情况下，用于偏移的开口宽度被最小化，从而使得卡钳的总宽度最小化。同时，在开口两侧获得实质为三角形的卡钳上的压杆区域，这样导致更大的卡钳硬度。如上使用的术语“或多或少”意图指出“平行四边形”的对边不必彼此精确平行，而开口也可具有斜平行四边形的轮廓，其中，例如，仅有平行制动盘的边界彼此平行。
一种可选的方法，可使在平行于制动盘的投影中的开口在制动盘入口侧具有凹形轮廓，以及在制动器出口侧具有或多或少线性轮廓。这种或多或少线性轮廓与制动盘的平面形成一个锐角或钝角。这样，能够最佳化与卡钳能经受的压力相关的卡钳的强度特性。
在另一种可选的方法中，在平行于制动盘的投影中的开口可在制动盘出口侧和制动盘入口侧都具有凹形轮廓。在本实施例中，轮廓可以设置成角度α-与平行四边形相似。
在本发明的更优选的实施例中，比起位于制动盘入口侧的连接装置的部件，位于与开口相关的制动盘出口侧的连接装置的部件在平行于制动盘的平面上具有更小的横截面。
在制动盘入口侧和制动盘出口侧的卡钳的外部轮廓优选或多或少彼此平行，还优选垂直于制动盘的平面。这使最小化卡钳的宽度变得可能，所以减小了安装所需的空间。
本实施例进一步导致材料的节省，并且同时确保在制动时卡钳也能够在盘片的合适旋转方向上移动。这导致上面已述的优点。
依照本发明，制动器优选备有板形支撑结构，从而在这里也实现了节省材料。因为依照本发明的转矩被中和，因此使用板形支撑结构是有可能的。
依照本发明，支撑结构还优选设计成轮轴部件的主要部分。
正如已经注意到的，本发明的盘式制动器优选一侧或两侧夹紧的滑动卡钳盘式制动器，铰接卡钳盘式制动器，或固定卡钳盘式制动器。
本发明的制动器优选由气动启动和/或电动启动。
最后，依照本发明，本发明的制动器为在商务车内安装而优选设计。
下面基于附图所示的具体实施例更详细地说明本发明。
图8显示对应图6视图的本发明最佳实施例的视图。
图9显示图8中沿线IX/IX的截面图。
图10显示如图9同样的视图，但是无制动板3。
图11显示根据图8到图10在轮缘中安装位置的盘式制动器的示意图。
图12显示与图8同样视图的一个实施例。
图13显示与图8同样视图的另一个实施例。
图8显示在安装侧的卡钳臂1.1；这里，其也支持夹紧装置5。也显示了轮缘侧卡钳臂1.2。两个臂由桥架区域/桥架压杆1.3、1.4连接。桥架压杆1.3位于制动盘4的旋转方向D上的入口侧，并且桥架压杆1.4位于出口侧。尤其如图9显见，比起桥架压杆1.3，桥架压杆1.4设计成较小的硬性，这样提高了卡钳的扭转弹性。
夹紧装置5的中心轴N与夹紧侧制动板2的重心或重心轴S1重合。
轮缘侧卡钳臂1.2与夹紧侧卡钳臂1.1偏移距离W。距离W对应两个制动板2和3彼此偏移的距离V。
和根据图6的制动器设计形成对比，轮缘侧卡钳臂1.2的偏移量W导致卡钳材料的节省。这在图8中由左上方的斜面示意指出，其在图6中未示出。材料的节省使制动器更轻。另外，由于斜面，制动器要求的安装空间更小。
图9显示安装轮缘侧制动板3的轮缘侧卡钳臂1.2以及倾斜的、扭曲的或翻转的压杆1.3、1.4和它们与轮缘10相关的位置。相对于安装侧，轮缘侧卡钳臂以角度β旋转。
径向向内和侧向向衬面两端形成的支撑带(图中未示)用来在轮缘侧卡钳臂1.2中安装偏移和/或转动的轮缘侧制动衬面3。这产生了一个用来支撑或侧向安装衬面的安装“轴”。这样，通过径向开口，衬面可直接放置在明确的安装位置。连接两个卡钳臂1.1和1.2的的压杆1.3、1.4被扭曲或翻转，并且具有不同的设计，这样导致卡钳臂1.2相对于卡钳臂1.1的位置改变。根据制动器具体的用途，这些可由不同半径的卡钳设计和其在图10中组合的(不同的)预定装配空间规格而产生。
图10显示不仅与轮缘10相关而且与制动盘4相关的压杆1.3和1.4的位置。尤其是如图10所示，半径1.3Ri、1.3Ra、1.4Ri和1.4Ra不仅大小不同，而且关于假想的起点不同。例如，半径1.3Ra和1.4Ra的假想起点Z偏移制动盘4的中心轴M。如图10可见，压杆1.3和1.4在制动盘的外圆周4a轴向上的卡钳1.1和1.2之间运动，并且连接两个卡钳臂。相对于具体半径的压杆位置是径向距离。
压杆具有不同的压杆厚度和/或横截面，这就是为什么相对于轮缘和制动盘，压杆也具有不同的径向距离，这由不同的外和/或内半径组合而产生。另一种选择，不同的压杆宽度也能够由卡钳的径向开口9的具体形状产生，这样不仅仅是在连接不同的压杆横截面中，影响卡钳自身的强度，也影响期望的反转矩或转矩平衡的效力或传递。
关于以上讨论的示图，图11显示商务车制动器安装的非常受限的空间。参考数字11指动力气缸。对于商用车来说，图示的盘式制动器是气动启动和/或电动启动的盘式制动器。
对于偏移量V和W不能给出固定值，而根据给定的条件，并且依赖于摩擦系数(制动衬面和制动盘的摩擦系数的匹配/组合)和制动器的几何形状(制动器/制动盘的尺寸)，为产生所需的反转矩来数学计算偏移量V。这些最终取决于盘式制动器的具体用途。
对于偏移角度β这同样也是正确的。角度也由数学确定并且依赖于制动盘的直径和制动器的几何形状。这里，也必须考虑盘式制动器的具体用途。
图12显示如图8一样的视图，但是显示一个可选实施例。它不同于图8所示的实施例，尤其是在径向开口9的设计上，借此获得了与以上说明的关于卡钳转动交错的压杆设计有关的改进的强度特性。在卡钳1的顶视图或投影图中，设计径向开口9设计成使盘入口侧的桥架压杆1.3在卡钳臂1.1和1.2之间凹形运动，并且如图6和图8所示，盘出口侧的桥接压杆1.4相对制动盘的平面以角度α运动。除了不同的径向距离和/或压杆横截面，这样也产生不同的桥架宽度，因此，由于具体的形状，使得与卡钳能够经受的压力相关的卡钳的强度特性进行最优化。
图13显示如图8中同样视图的另一个可选实施例。图13中的实施例实质上与图12中的实施例一致，除了盘出口侧的桥架压杆1.4的轮廓9在卡钳臂1.1和1.2之间凹形运动。另外，也可以角度α设置凹形轮廓-如以上图示/叙述。因此在桥架压杆区域，依赖于切削平面位置来产生具体的横截面轮廓，这样由于轮廓形状和/或与根据图10的半径组合和径向开口9内部的再次协调过渡区域，再一次导致与材料/重量节省有关的与卡钳能够经受的压力相关的卡钳的强度特性的改进。
如这里清楚可见，不考虑转动交错的卡钳设计，两个规定卡钳宽度的外部卡钳轮廓1.5，1.6彼此或多或少平行运行，具体地说，从制动盘的外圆周上的夹紧侧到对面的卡钳臂之间彼此平行。换句话说，不考虑臂的转动交错，卡钳自身在制动盘的旋转方向D上的卡钳宽度上不进行斜向运动。这样，相比现有技术，卡钳具有更窄的结构并且因此覆盖远远更小的扇形区域。
当然，在其他阐述的卡钳设计中也采用上述侧边平行设计。
不论是以单独还是以任意组合形式，在以上说明书和权利要求和附图中公开的本发明的特征实质上是用来实现本发明的各种实施例。
权利要求
1.一种盘式制动器，包括一个具有合适的旋转方向(D)的制动盘(4)；在制动盘(4)第一侧的具有第一重心(S1)的第一制动板(2)；在制动盘(4)第二侧的具有第二重心(S2)的第二制动板(3)；一个将第二制动板(3)产生的制动力传送到制动盘(4)第一侧的卡钳(1)，其在制动盘(4)第一侧具有第一卡钳臂(1.1)，在制动盘(4)第二侧具有第二卡钳臂(1.2)，以及连接第一卡钳臂(1.1)和第二卡钳臂(1.2)的连接装置(1.3，1.4)；及一个具有垂直于制动盘(4)的中心轴(N)并且设计用于将第一制动板(2)压向制动盘(4)的夹紧装置(5)；其中在制动器静止位置时和当制动器启动时的两种情况下的第二重心，相应于制动盘(4)的合适旋转方向(D)，在制动盘出口侧方向上相对第一重心(S1)偏移预定的第一距离(V)，及第二卡钳臂(1.2)在制动盘出口侧方向上相对第一卡钳臂(1.1)偏移预定的第二距离(W)，其特征在于连接装置(1.3，1.4)至少在其横跨制动盘(4)的区域内，对比制动盘入口侧，在径向上更接近制动盘出口侧的制动盘(4)。
2.根据权利要求1所述的盘式制动器，其特征在于两个重心(S1，S2)与制动盘(4)的中心轴(M)相距同等的径向距离。
3.根据权利要求1或2所述的盘式制动器，其特征在于在平行于制动盘(4)的方向上，第二重心(S2)相对于第一重心(S1)的偏移(V)至少部分基于第二制动板(3)相对于平行于制动盘(4)的第一制动板(2)的偏移。
4.根据权利要求1到3中任一所述的盘式制动器，其特征在于夹紧装置(5)的中心轴(N)穿过第一重心(S1)。
5.根据权利要求1到4中任一所述的盘式制动器，其特征在于倚靠第二制动板(3)的第二卡钳臂(1.2)的区域相对于倚靠第一制动板(2)的第一卡钳臂(1.1)的区域转动地交错。
6.根据权利要求1到5中任一所述的盘式制动器，其特征在于倚靠第二制动板(3)的第二卡钳臂(1.2)的区域围绕相对于倚靠第一制动板(2)的第一卡钳臂(1.1)的区域的制动盘(4)的旋转轴(M)旋转。
7.根据权利要求1到6中任一所述的盘式制动器，其特征在于连接装置(1.3，1.4)在横跨制动盘(4)的区域上具有开口(9)。
8.根据权利要求7所述的盘式制动器，其特征在于开口(9)扩展至平行于制动盘的投影中的第一和/或第二制动板(2，3)。
9.根据权利要求7或8所述的盘式制动器，其特征在于开口(9)的轮廓或多或少是平行四边形。
10.根据权利要求7或8所述的盘式制动器，其特征在于在平行于制动盘(4)的投影中的开口(9)在制动盘入口侧具有凹形轮廓，以及在制动器出口侧具有或多或少线性轮廓，并且这种或多或少的线性轮廓与制动盘的平面形成一个锐角或钝角(α)。
11.根据权利要求7到9中任一所述的盘式制动器，其特征在于在平行于制动盘(4)的投影中的开口(9)在制动盘入口侧和制动盘出口侧都具有凹形轮廓。
12.根据权利要求7到11中任一所述的盘式制动器，其特征在于比起位于制动盘入口侧的连接装置(1.3，1.4)的部件(1.3)，位于与开口(9)相关的制动盘出口侧的连接装置(1.3，1.4)的部件(1.4)在平行于制动盘(4)的平面中具有更小的横截面。
13.根据权利要求1到12中任一所述的盘式制动器，其特征在于在制动盘入口侧和制动盘出口侧的卡钳(1)的外轮廓(1.5，1.6)彼此或多或少平行，并且优选垂直于制动盘的平面。
14.根据权利要求1到13中任一所述的盘式制动器，其特征在于，采用板形支撑架构(6)。
15.根据权利要求1到14中任一所述的盘式制动器，其特征在于其由气动启动和/或电动启动。
16.根据权利要求1到15任一所述的盘式制动器，其特征在于其是用于商务车的制动器。
全文摘要
本发明涉及一种盘式制动器，其包括一个具有合适的运行方向(D)的制动盘(4)，在制动盘第一侧的具有第一重心(S1)的第一制动板(2)，在制动盘第二侧的具有第二重心(S2)的第二制动板(3)，和一个将第二制动板产生的制动力传送到制动盘第一侧的卡钳。第一卡钳臂(1.1)位于制动盘第一侧，第二卡钳臂(1.2)在制动盘第二侧。一个具有垂直于制动盘的中心轴(N)并且用于将第一制动板压向制动盘的制动实施装置(5)。在制动器静止位置时和当制动器启动时的两种情况下的第二重心，相应于制动盘的合适运行方向，在制动盘出口侧方向上偏移预定的第一距离(V)，两个卡钳臂在制动盘出口侧方向上彼此偏移预定的第二距离(W)。依照本发明，连接卡钳臂的连接装置(1.3，1.4)，比起在制动盘入口侧，在径向上更接近制动盘出口侧的制动盘。
文档编号F16D55/22GK1950623SQ200580013693
公开日2007年4月18日 申请日期2005年2月21日 优先权日2004年3月1日
发明者欧根·克洛兹, 弗兰克·拜尔 申请人:威伯科车轮制动有限公司