CN104508315A - 盘式制动器和这类盘式制动器的压紧弹簧 - Google Patents

Abstract

盘式制动器，具有为进行制动而压紧在制动盘上的压紧装置、对压紧装置进行压紧的形式为板簧的压紧弹簧（30）、和具有两个压紧杆（34、36）的压紧环，压紧环将压紧弹簧预压紧在压紧装置上；压紧弹簧相对于其横向平面呈对称结构，具有两个弹簧脚以及位于两个弹簧脚之间的中间区域，中间区域（以合适形状）在压紧环的两个压紧杆之间径向向外延伸，两个弹簧脚分别具有开口，位于压紧装置上的凸起分别延伸至开口中，弹簧脚分别具有第一区域，压紧环的压紧杆（34、36）紧贴压紧于该区域；和第二区域（56、58），该区域紧贴压紧于压紧装置，弹簧脚的第一区域在静止状态以和压紧装置保持一定间隔的方式固定，弹簧脚从第一区域向第二区域首先径向向外延伸。

Description

盘式制动器和这类盘式制动器的压紧弹簧

技术领域

本发明涉及一种盘式制动器，尤其是用于商用车的盘式制动器，具有为进行制动而压紧在制动盘上的压紧装置、对压紧装置进行压紧的形式为板簧的压紧弹簧、和具有两个压紧杆的压紧环，该压紧环将压紧弹簧预压紧在压紧装置上，其中，压紧弹簧相对于其横向平面呈对称结构，具有两个弹簧脚以及位于两个弹簧脚之间的（相对于横向平面呈对称结构的）中间区域，该中间区域（以合适的形状）在压紧环的两个压紧杆之间径向向外延伸，两个弹簧脚分别具有开口，位于压紧装置上的凸起分别延伸至该开口中，弹簧脚分别具有第一区域（压紧环的压紧杆紧贴压紧在该区域上）和第二区域（该区域紧贴压紧在压紧装置上），弹簧脚的第一区域在静止状态下以和压紧装置保持一定的间隔的方式进行固定。

背景技术

这一类的盘式制动器是已知的，已经在诸如DE 10 2006 023 964 B3中作了公开。此外，作为现有技术，还可参考EP 694 707 B3以及2011年9月19日的德国专利申请10 2011 115 304。

DE 698 16 175 T2公开了一种盘式制动器，在该盘式制动器中，将在无负载状态下延伸的弹簧安装在制动衬片的背板上，从而使得弹簧通过相应的开口套在翼板上，开口的外缘支撑在翼板的凹槽中。由此弹簧形成一个总体成弧状张紧的形状。由于弹簧的内部弹性，弹簧一方面可以支撑在凹槽中，另一方面可以径向向外支撑在翼板上。如果在卡槽截面的径向外表面上安装固定环，则弹簧在翼板或者开口和卡槽截面之间的区域紧贴压紧在背板上。在翼板或者开口的另一边，弹簧并非紧贴压紧在背板上，而是仅在所述凹槽中径向向外延伸，因为其弹性反作用力沿该方向进行作用。

对于相关的盘式制动器而言，背板、压紧环和压紧弹簧通常分别相对于其中间平面成对称分布。由此可以避免安装错误和混淆。

对于该压紧装置而言，在本发明中，不仅涉及一种带背板和摩擦片的制动衬片，而且还涉及一种抗弯曲的压板或者压力分配板，以便确保将压力分配到尽可能大的背板面积上，从而使得背板不需要采用过厚以及足够刚性的结构。

本发明中，静止状态是指制动盘静止，且制动器未动作的状态。因为压紧环在压紧弹簧上施加了一个预应力，所以压紧弹簧在所述的静止状态下受到部分负载。

对于设有衬片支架的盘式制动器而言，为了对两个位于制动盘两侧的配置在制动钳或者制动器支架的井状导向件中的制动衬片进行定位需分别使用压紧弹簧，其中各自的压紧弹簧沿纵向安装在制动衬片上部边缘区域和朝向制动钳安装开口的边缘区域。压紧弹簧通过安装开口由沿制动盘的轴向张紧且固定在制动钳半壳上的压紧环保持预应力。因此，压紧环的纵向垂直于沿纵向延伸的压紧弹簧。如果制动衬片已经安装，且压紧弹簧通过压紧环预张紧，则压紧弹簧位于上述部分负载区域。

此外，制动衬片通过其下部边缘区域径向向内且通过其两侧的边缘区域配置或者支撑在井状导向件的周方向上。制动衬片可借助夹紧装置在井状导向件中轴向（沿两个方向）移动。夹紧装置可以配置在制动钳中。

由于商用车盘式制动器使用具有与重量相应的较大体积的制动衬片，因此为了降低振动以及进行定位而优先使用板簧。板簧、即由其施加的弹力根据各自制动衬片的尺寸和重量进行设计。其接触区域、即在制动衬片上施加弹力的位点对于整个压紧系统的功能具有决定性意义。此外，压紧弹簧的持久负载性能、即压紧弹簧在野外使用的极端条件下在其寿命期或者在衬片更换周期内的性能，也具有决定性意义。

商用车的盘式制动器经常暴露在极端条件下。例如，加速度高达26g的较差路段。在该条件下，制动衬片的背板从位于下方且径向作用的井状导向件中升起，并径向向外撞击压紧弹簧。制动衬片最大径向偏移的状态为压紧弹簧的全负载状态。

对于现有的盘式制动器而言，在全负载状态下，弹簧脚的第二区域、即对压紧装置进行压紧的区域径向向外升起，因此不再存在弹簧预应力。由此还存在丧失有效弹簧作用的风险。此外，在频繁或者快速连续出现全负载区域时会对弹簧造成影响，例如会导致其变形和受损。

如果通过对压紧环进行相应的偏移配置，压紧弹簧由于其和压紧环在形状上的匹配性，可借助其在制动盘周方向的径向中间区域偏移配置在盘式制动器中，以便在径向的弹簧预应力之外在压紧装置上形成一个附加的切向的弹簧预应力，对于根据现有技术的盘式制动器而言存在附加的剪切应力和压应力，两者会导致材料疲劳。上述情况尤其会出现在与相邻的弹簧脚形状相匹配的L状过渡区域。

发明内容

本发明的目的在于，对于上述类型的盘式制动器确保在完全负载区域和疲劳操作状态下的最佳减震。尤其是在不对盘式制动器结构进行较大改动的情况下实现上述目的，更确切地说尽可能仅对压紧弹簧进行改进，而不涉及制动器的其他部件。

根据本发明，对于上述类型的盘式制动器而言，提出的该目的通过以下方式加以实现，即弹簧脚从第一区域向第二区域首先径向向外延伸。

由此，即使在极端情况下以及在完全负载区域也可以确保弹簧脚的第二区域、即向压紧装置施加弹簧预应力的区域不升起。因此可以防止变形和受损。相同的情况也适用于在偏心配置压紧弹簧时出现的上述剪切应力和压应力。

根据本发明一种特别优选的实施方式，压紧弹簧对压紧环的两个压紧杆分别进行槽状包围，其中，弹簧脚的两个第一区域形成包围槽的各自的底部。由此可以在解决上述问题的情况下确保压紧弹簧的可靠固定。

此外，包围槽优选为非对称结构。例如，包围槽在中间区域一侧的槽壁高度与压紧环的直径相同，而在远离中间区域一侧的槽壁高度稍低，例如最大为前者高度的一半，以便根据负载情况为弹簧脚、尤其是其自由端留有足够的运动空间。

根据本发明，更优选地，第二区域分别至少部分位于开口的远离第一区域的一侧。换言之，从中间区域看，第二区域位于开口的另一侧，即位于两个弹簧脚的末端区域，由此可以获得最佳的杠杆效应。

根据本发明，更优选地，开口比凸起长。由此可以确保压紧装置在周方向相对于压紧弹簧进行调节，在特定的操作情况下可以进行有利的补偿。

根据本发明另一种优选的实施方式，压紧弹簧在安装状态下相对于压紧装置沿盘式制动器的周方向偏移。

比较有利的方式是，在向前行驶时沿制动盘运行方向偏移。

根据本发明，两个弹簧脚的第二区域进一步优选地位于弹簧脚的各自的自由端。由此可以实现在弹簧脚整个长度上的最佳减震。此外，比较有利的做法是，第二区域靠近背板的宽边。

如上文所述，根据本发明，更优选地，压紧装置在井状导向件中径向向内地支撑在周方向上。

除了上文详细说明的盘式制动器，本发明还提供一种用于这类盘式制动器的压紧弹簧，该压紧弹簧在设计时应使得无需对盘式制动器进行进一步的改进即可用于制动器中。对此，根据本发明，压紧弹簧为对称结构，具有两个弹簧脚以及位于两个弹簧脚之间的中间区域，该中间区域在安装状态下（以合适的形状）在压紧环的两个压紧杆之间径向向外延伸，两个弹簧脚分别具有开口，在安装状态下，位于压紧装置上的凸起分别延伸至该开口中，弹簧脚分别具有第一区域（在安装状态下压紧环的压紧杆紧贴压紧该区域）和第二区域（在安装状态下该区域压紧在压紧装置上），弹簧脚的第一区域在静止状态下以和压紧装置保持一定的间隔的方式进行固定，且弹簧脚从第一区域向第二区域首先径向向外延伸。

此外，根据本发明，优选地，压紧弹簧在安装状态下对压紧环的两个压紧杆分别进行槽状包围，由此，弹簧脚的两个第一区域形成包围槽的各自的底部。

此外，根据本发明，优选地，第二区域位于弹簧脚的各自的末端。

根据本发明，第二区域进一步优选地分别至少部分位于开口的远离第一区域的一侧。

最后，根据本发明，优选地，开口比凸起长。

附图说明

在下文中将参考附图对现有技术、由此形成的问题以及根据本发明的技术方案进行更详细的说明。其中：

图1示出了盘式制动器的俯视图，

图2和3示出了部分负载和完全负载下压紧弹簧位于中间安装位置的现有的盘式制动器的轴向部分视图，

图4和5示出了本发明一种实施方式的与图2或3相同的视图，

图6和7示出了现有的盘式制动器的与图2和3相同的部分视图，但具有沿周方向偏移的压紧环，

图8和9示出了本发明的第二种实施方式的与图2和3相同的视图，具有沿周方向偏移的压紧环，

图10示出了和图4相同的视图，但具有以截面表示的压紧弹簧，

图11示出了图10的上半部分，但以更大的比例进行显示，

图12示出了和图4相同的视图，但在左侧为部分负载状态，在右侧无压紧环且处于去应力状态。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的盘式制动器的一种实施方式的俯视图，具有包围制动盘12的制动钳10。在制动盘的两侧，由摩擦片14、16和金属背板18、20组成的制动衬片22、24以可沿制动盘的轴A轴向移动的方式配置在井状导向件中，以便借助制动钳10和此处未示出的夹紧装置在制动过程中进行启动。制动衬片22、24此处不仅可以径向向内，而且在周方向上通过制动器的井状导向件进行导向或者支撑。制动钳10具有用于安装/拆卸制动衬片22、24的径向开口/安装开口26。制动盘12在向前行驶时的优选的旋转方向通过箭头D表示。该旋转方向也适用于随后的附图。

如上文所述，对每个制动衬片22、24分配形式为板簧的压紧弹簧28、30，该压紧弹簧安装在背板的上部边缘区域。其安装方法在下文中将进行更详细的说明。在制动钳10上固定有压紧环32，该压紧环具有两个压紧杆34、36。压紧环可借助诸如铆接和螺栓连接的方法进行固定。压紧环32张紧，并将制动衬片22、24定位在框架或者U形的井状导向件中。

下列针对图1中的截面II-XII进行说明，其中，相应的背板20安装在井状导向件的部分截面中，且通过压紧环32和压紧弹簧30部分夹紧在其中。

图2示出了根据现有技术的常用的处于安装位置的背板20，其通过处于部分负载区域的压紧弹簧30固定。背板20在上部边缘区域中间具有尽可能成平面的区域，该平面区域向两侧区域以一定的角度向下倾斜。在中间轴M的两侧且平面区域之外分别存在两个凸起35、37或者38、40。

尤其如图3所示，压紧弹簧30同所有其他压紧弹簧一样具有中间区域42以及两个弹簧脚44、46，该中间区域42径向向外地在压紧环32的两个压紧杆34、36之间延伸。为了在形状上相匹配，中间区域的径向延伸实质上和压紧环的尺寸相对应。

两个中间凸起35、38用于固定压紧弹簧30，且延伸至两个弹簧脚44、46的贯穿开口（图1）48、50中。两个外侧凸起37、40用作横向的弹簧脚44、46的相应末端的接触装置。

两个弹簧脚44、46分别具有第一区域52、54，在该区域紧贴压紧有压紧环32的压紧杆34、36，此外还具有第二区域56、58，该区域紧贴压紧在制动衬片20上或者其各自的外侧凸起37、40上。

因为不管是制动衬片20，还是压紧弹簧30，均相对于中间轴M呈对称结构，所以在下文中为简便起见仅说明图2和3中的右半侧。

背板20上端的平面区域延伸长度L₁。背板的轮廓由于本发明新创造的压紧弹簧而保持不变。

压紧弹簧30的构成中间区域42和弹簧脚46之间的边界区域的径向延伸部分和与之相连的弹簧脚46的部分构成用于支撑压紧环32的压紧杆36的大致成L状的支撑面。因此，中间区域42的径向伸出部以适当的形状与压紧环32相接合。压紧弹簧30在部分负载时径向作用于背板20上。由此，压紧弹簧30在制动盘12的周方向上被固定在定点固定的压紧环32上。

在根据图2的部分负载区域，弹簧脚46具有近似平面的长度为L₂的区域，该区域向第二区域58的方向通过上述长度L₁的平面区域伸出背板20。接着，弹簧脚以一定的角度倾斜向下向弧状的第二区域58延伸。由此，弹簧脚46根据安装位置和制动器的工作状态弹性支撑在外侧凸起40的启动斜面（接触区域）上。

由此，两个内侧凸起35、38接合在贯穿开口48、50中，压紧弹簧30沿制动盘12的轴向和背板20连接。

由此，弹簧脚46的弧状的第二区域58作用于背板20的边缘区域，在部分负载区域可以在弹簧脚整个长度上形成所需的减震。

为了在正常的行驶状态中，在不损失由弹簧伸展获得的弹簧作用的情况下保持背板20相对自由的径向移动，在弹簧脚44、46的第一区域52、54和背板20之间保持间隔S，该间隔S结合背板20在中间区域的平面走向以及压紧弹簧30在该区域的相应走向形成所谓的径向功能间隙。换言之，压紧弹簧30和背板20应以使背板20能够径向向外地向压紧弹簧30移动、即在所述的径向功能间隙的范围内移动的方式进行固定。

尤其在较差的路段可能会出现高达26g的加速度。如果背板20因此从下方的井状导向件中升起，则背板20将滑向弹簧脚44、46的第一区域52、54。由于图2中所示的长度为L₁和L₂的区域的位置，因此背板20通过长度L₁的辅助杠杆臂进行作用，并在弹簧脚上产生相应的辅助力矩。由于接触点位于压紧环32外侧的L₁的末端（在图3中以箭头所示），因此弹簧脚44，46的第二区域（末端）56、58从背板20的接触座上升起。由此不仅丧失了弹簧脚整个长度上的弹力作用。同时在从部分负载区域向完全负载区域的快速和频繁的转变过程中对压紧弹簧30的材料也会造成影响，例如变形、受损等。

尤其是，如果根据图6和7压紧环30在向前行驶时以沿制动盘移动侧的方向相对于制动钳的其他两个部件偏心的方式配置，以便通过压紧弹簧30在制动衬片上额外形成一个切向的弹簧预应力，则在支撑区域（L状过渡区域）会附加出现剪切应力和压应力。该极端的交变负载状态可能会导致材料疲劳。偏心轴以B表示，偏移通过V表示。

根据本发明，与常规弹簧轮廓相比缺少L状直接过渡区域。该过渡区域被用于使压紧环配置在相对于弹簧脚开始端更低位置的、形式为支撑/滑动区域组合形状的或者纵向作用的支撑装置所替代。通过其（纵向）槽或者凹槽的形状一方面可以让弹簧脚的开始端径向向外偏移。另一方面，在中间区域的侧面的径向伸出部和弹簧脚开始端之间的过渡区域插入/形成一个去应力区，用于消除/降低不利的应力。对此，纵向槽或者凹槽的宽度稍大于嵌入于该区域内的压紧环的横截面区域。

通过压紧弹簧的新形状，尤其可以在完全负载区域、即在克服了功能间隙S后，存在在图5和9（具有或者不具有压紧环中间偏移）示出的多种优点。

如果制动衬片由于上述加速度而被径向向外挤压，则背板20的上部边缘区域撞击第一区域52、54，该第一区域52、54与弹簧脚的可摆动部分相比位于径向向内处。该第一区域52、54为槽状或者凹槽状结构，构成压紧环32或者压紧环32的压紧杆34、36的支撑区域。因为背板20的上部边缘区域在第一区域52、54之外不和弹簧脚44、46相接触，因此不会将其升起或者撬起，因而在极端条件下不会形成第二区域56、58（弹簧脚末端）和背板20的外侧凸起37、40之间的接触损失。由此，整个弹簧作用得以保留。此外，也不会再出现材料变形，因为背板20在上述区域之外不再和弹簧脚接触。不再需要设置根据现有技术的不利的辅助杠杆臂。

在压紧环32根据图8和9进行偏移配置而形成附加的切向预应力时，该弹簧结构还存在其他优点。

如果逆向于优选的制动方向通过侧向移动制动衬片而在井状导向件中出现逆向制动，则制动衬片在侧面碰撞井状导向件壁，由此受到挤压的弹簧脚46通过纵向槽/凹槽轮廓紧贴在压紧环的相应压紧杆（此处为右侧压紧杆36）上。换言之弹簧脚被压紧。在通过相对适合的形式去除制动器的负载时，弹簧脚可以通过压紧环的在该侧的部分形成改进的附加剪切作用。由此可以在制动结束时对受到挤压的弹簧脚更好地去除负载，以便使制动衬片不仅在径向，而且在切向（沿周方向）压紧在正确的井状导向件位置处。此外，剪切应力和压应力通过槽状结构加以吸收或者阻止。根据现有技术，仅通过变形的L状过渡区域进行预压紧。

因此可以成功使用该新的弹簧形状，即压紧环不管是安装在制动钳的中心，还是安装在制动钳的偏心位置，均可以形成在径向或者径向和切向逆向于制动衬片和井状导向件的弹簧预应力。

在图10中示出了压紧弹簧30的剖视图，可以看出开口50的长度X2大于凸起38的长度X1。尽管此处仅示出了图10的右侧，但也适用于与其对称的左侧。

通过长度X1和X2的上述区别，压紧弹簧30可以根据工作状态进行拉伸或者压缩，不会因凸起35、38而在相应的运动过程中受到阻碍。换言之，凸起35、38不会碰撞开口48、50的窄侧壁。因此，与DE 698 16 175 T2中的原理相反，从凸起35、38后部的中心位置看，弹簧作用总是作用于弹簧脚的末端。

图11清楚地示出，压紧弹簧30对压紧环34、36进行槽状包围。对此，各自包围槽的侧壁并不对称。中间区域侧的壁高H1大致等于压紧环的直径，而另一侧的壁高H2接近其一半。由此，各自的弹簧脚、尤其是其自由端具有足够的运动空间，以便适应单独的负载情况。

图12综合示出了两种弹簧状态。在中心线的左侧示出了根据图4所示的部分负载的状态。在中心线的右侧示出了无压紧环的去应力状态。压紧弹簧30根据图12在去应力状态下，与其借助压紧环进行压紧以及在部分负载下的情况相比，沿背板的外部轮廓方向进行移动时，其横向延伸更短更高，也就是说更加弯曲。

尽管通过背板对新的弹簧形状作了解释，但是需要说明的是，该弹簧形状不仅优先用于上述方案，而且根据本发明，如果盘式制动器在夹紧装置和该侧的制动衬片之间使用像这样的带弹簧预应力的压板时，也可以将该弹簧形状用于单独的压力板或者压力分配板。这一类的压力板在图1中以标号60表示。

上述形成功能间隙S的间隔根据其他情况进行适当的选择。该间隔尤其取决于制动器的尺寸和所需的制动力。例如，用于轮毂尺寸为17’’至25’’车轮的制动器时，该间隔至少为2至4mm。

在上述说明书、权利要求以及附图中公开的本发明的特征不管是单独使用，还是任意组合对于以不同实施方式实现本发明均具有重要意义。

Claims (9)

1.一种盘式制动器，特别是用于商用车的盘式制动器，具有：

为进行制动而压紧在制动盘（12）上的压紧装置（22、24）；

对压紧装置进行压紧的形式为板簧的压紧弹簧（28、30）；和

具有两个压紧杆（34、36）的压紧环（32），该压紧环将压紧弹簧预压紧在压紧装置上；其中，

压紧弹簧

相对于横向平面呈对称结构，具有两个弹簧脚（44、46）以及位于两个弹簧脚之间的中间区域（42），该中间区域（以合适的形状）在压紧环的两个压紧杆之间径向向外延伸；

两个弹簧脚分别具有开口（48、50），位于压紧装置上的凸起（35、38）分别延伸至该开口中；

弹簧脚分别具有：

第一区域（52、54），压紧环的压紧杆紧贴压紧在该第一区域（52、54）上；和

第二区域（56、58），该第二区域（56、58）紧贴压紧在压紧装置上；

弹簧脚的第一区域在静止状态下以和压紧装置保持一定的间隔（S）的方式固定，

其特征在于，

弹簧脚从第一区域（52、54）向第二区域（56、58）首先径向向外延伸。

2.根据权利要求1所述的盘式制动器，其特征在于，所述压紧弹簧（28、30）对压紧环（32）的两个压紧杆（34、36）分别成槽状包围，其中，弹簧脚（44、46）的两个第一区域（52、54）形成包围槽的各自的底部。

3.根据权利要求1或2所述的盘式制动器，其特征在于，所述第二区域（56，58）分别至少部分位于开口（48、50）的远离第一区域（52、54）的一侧。

4.根据上述权利要求中任一项所述的盘式制动器，其特征在于，所述开口（48、50）比凸起（35、38）长。

5.根据上述权利要求中任一项所述的盘式制动器，其特征在于，压紧弹簧（28、30）在安装状态下相对于压紧装置（22、24）在制动盘（12）的周方向上偏移配置。

6.一种根据上述权利要求中任一项所述的盘式制动器的压紧弹簧，其特征在于，

所述压紧弹簧为对称结构，具有两个弹簧脚（44、46）、以及位于两个弹簧脚之间的中间区域（42），该中间区域在安装状态下在压紧环（32）的两个压紧杆（34、36）之间径向向外延伸，

两个弹簧脚分别具有开口（48、50），在安装状态下位于压紧装置上的凸起（35、38）分别延伸至该开口中，

弹簧脚分别具有

第一区域（52、54），压紧环的压紧杆在安装状态下分别紧贴压紧在该第一区域（52、54）上；和

第二区域（56、58），该第二区域（56、58）在安装状态下紧贴压紧在压紧装置上；

弹簧脚的第一区域在静止状态下以和压紧装置保持一定的间隔的方式固定；

弹簧脚从第一区域（52、54）向第二区域（56、58）首先径向向外延伸。

7.根据权利要求6所述的压紧弹簧，其特征在于，所述压紧弹簧在安装状态下对压紧环（32）的两个压紧杆（34、36）分别成槽状包围，其中，弹簧脚（44、46）的两个第一区域（52、54）形成包围槽的各自的底部。

8.根据权利要求6或7所述的压紧弹簧，其特征在于，所述第二区域（56、58）分别至少部分位于开口（48、50）的远离第一区域（52、54）的一侧。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的压紧弹簧，其特征在于，开口（48、50）比凸起（35、38）长。