Skivebrems
Den skivebremsen er en type friksjonsbrems . I den utførelsesform som en del av skivebremse som er forsinkelse ved en på hjulnavet montert bremseskive og bremseklave liggende bremse med bremseklosser som produseres, i den utførelsesform som er en hel side og skivebremsen ved sammenpressing av bremseskivene. Det er den vanligste konstruksjonstypen i motorkjøretøyer i form av en delvis skivebrems foran trommelbremsen og blir i økende grad brukt som sykkelbrems .
Ved bremsing omdannes kjøretøyets kinetiske energi til varme ved hjelp av friksjon . Den slitasje i form av bremsestøv er et tribologisk slitasjefenomen, som er spesielt synlig på forhjulene i form av et lag av støv.
historie
Oppfinneren av skivebremsen anses å være briten Frederick W. Lanchester , som mottok et patent i 1902. Lanchester skivebrems ble installert i Lanchester personbiler fra 1905 ; den ble betjent mekanisk.
Joel H. Hendrick og Arthur H. Fay fra Massachusetts mottok et amerikansk patent (nr. 526317, søkt i november 1893) for skivebrems for sykler allerede i 1894 . Også Elmer Ambrose Sperry til 1898 skivebremser brukes til den konstruerte av ham elektriske kjøretøy.
I 1940 utviklet Hermann Klaue , som senere bygde sykler, den helforede skivebremsen med selvforsterkning og et omkretsbremsehus på Argus Motoren Gesellschaft , som blant annet forsynte kampflyindustrien , og fikk patent på den. Slike bremser eksisterte for eksempel på Arado Ar 96 og fra 1942 og fremover i VI Tiger pansret kjøretøy, som derfor er å anse som det første masseproduserte "motorvognen" med skivebremser.
På slutten av 1946 ble konseptet for Tucker '48 med skivebremser presentert, men bilen kom bare på markedet i en liten serie med trommelbremser. I 1950 installerte Crosley Motors midlertidig skivebremser i luften i et "hot shot". Lucas Girling lanserte den første skivebremsen for motorsykler i 1952. I Europa mottok Jaguar C-Type racerbil fire Dunlop skivebremser i 1953 og vant Le Mans med dem. I 1955 ble Citroën DS presentert med forhjulsdrift og interne skivebremser foran. Den første europeiske produksjonsbilen med skivebremser på alle hjul var Austin-Healey 100 S roadster .
I motorsykler hadde den 50 hk firesylindrede MV Agusta 600 i utgangspunktet kabeldrevne skivebremser foran fra 1966, men disse ble senere erstattet av dupleks trommelbremser. Den Honda CB 750 Four fra 1969 med 67 hk er den første storskala produksjon maskin med en hydraulisk operert skivebrems.
konstruksjon
En skivebrems består av en bremseskive som er koblet til hjulnavet og bremsebæreren som bremseklave er festet til. Bremseklave (også kalt bremseklave ) omfatter bremseskiven; den inneholder bremseklossene og bremsestemplene , som presser bremseklossene aksialt mot skiven.
I de fleste tilfeller er bremseskiven festet direkte til hjulnavet . Men den kan også festes innvendig, med drevne aksler på differensialen ( Citroën DS, GS og Alfa Romeo Alfetta, DKW F 102 og Audi F 103, Audi 100 C1, NSU Ro 80 , Jaguar E til Jaguar XJ ). Denne utformingen kalles en intern brems . For ikke-drevne aksler overføres bremsemomentet med bremseaksler. Fordelene er den lavere ufjærede massen og rotasjonsaksen til styrehåndtaket midt i dekkkontaktområdet. Dette betyr at bilen holder seg på sporet når den bremser, selv om veidekket har annet grep. Ulempen er den høye belastningen på drivakselen fra bremsemomentet. En annen ulempe er de noen ganger høye reparasjonskostnadene ved utskifting av bremseskiver på grunn av monteringsposisjonen.
Siden bremseskiven bare brukes til bremsing, kan skivematerialet skreddersys til kravene til bremsen. Diameteren på skiven bestemmer i stor grad bremsemomentet og dermed bremsekraften. I kraftige biler begrenser hjuldiameteren felgens indre diameter og dermed bremseskivens diameter. For å kunne dimensjonere bremseskiver så store som mulig, må det brukes størst mulige felger eller bremseklave med flere stempler og dermed må større bremseklosser brukes.
Bremseskive
Full skivebrems
Det skilles mellom delvise og fulle skivebremser: Enten er bare en bestemt del ( sektor ) eller hele skivens overflate tilgjengelig som friksjonsflate. Det er fulle skivebremser i for eksempel tanker , fly og landbruksmaskiner. De er robuste og slitestyrke, og på grunn av sin store masse er de også relativt temperaturstabile, noe som gjør kjøling unødvendig når den brukes sjelden. Hele skivebremsen, også referert til som en multi-skivebrems, er i prinsippet en multiskive-clutch der den ene siden er stasjonær, bare at når en friksjonsforbindelse aktiveres, blir den ikke avbrutt, men etablert. En brems med flere skiver består av minst 3 skiver, hvorav de fleste kjører i et oljebad. I motsetning til skivebremser, trenger ikke flere skivebremser en bremseklave.
Flyskivebremser består - avhengig av størrelsen på flyet - av en bunke med vekselvis roterende og stasjonære bremseskiver som er ordnet som en flerplatekobling. Den ene delen av skivene griper inn i den ytre fortanningen av den stasjonære stubakselen på understellet som en tannkobling , den andre halvdelen av friksjonsskivene overfører bremsemomentet til hjulet via innvendig fortanning som arbeides direkte inn i felgringen. bremsehuset fordeles, og når det aktiveres, komprimerer hele den flytende bunken med friksjon og bremseskiver i aksial retning.
Delvise skivebremser
Generelt gir god kjøling og høyt kontakttrykk med skivebremser høye retardasjoner. Den maksimale bremsekraften avhenger av friksjonskoeffisienten til materialene som brukes, den aktuelle temperaturen og trykket som bremseklossene presses på på skiven. I praksis spiller også forurensning som støv, fuktighet eller oljerester en rolle.
Ved hyppig lett bremsing med lett tilsmussede bremseskiver kan det dannes glass på skivene og putene, noe som fører til dårligere bremseadferd. For å opprettholde bremsesystemet i moderne personbiler, blir bremseklossene automatisk påført bremseskiven av og til med lavt trykk mens kjøretøyet er i bevegelse, for å fjerne laget med forurensningen. Hvis dette ikke skjer og glass allerede har skjedd, må slitedelene byttes ut eller skiftet reduseres.
kjøling
Som med alle friksjonsbremser konverterer skivebremser kjøretøyets kinetiske energi til varme når de bremses . Denne termiske energien lagres først og fremst i bremseskiven, noe som varmer den opp betydelig. Med skivebremser blir bremseflatene utsatt og kan derfor raskt frigjøre varmen i luften rundt. For bedre varmespredning kan bremseskiven utformes med innvendig ventilasjon. Den har da interne radiale kjøleluftskanaler. Dette øker arealet for å avlede varmen i luften og genererer en luftstrøm gjennom sentrifugalkraft, som en radial vifte , når den roteres . Som et resultat reduseres bremseeffekten mindre når temperaturen stiger ( bremsedemping ). Ulemper er større totalbredde og nødvendig styrke på bremseklave og høyere vekt, noe som øker den ufjærede massen. På den annen side tillater trommelbremser bare moderat varmespredning på grunn av mindre overflate i forhold til volumet.
Bremseskiver på motorsykler eller for økte krav, for eksempel i motorsport, er ofte perforerte eller slissede, det vil si at de er utstyrt med små boringer i hele bremseflaten eller har spor på skiveflaten som går skrått utover (når du kjører fremover) . Dette har en positiv effekt på reaksjonsatferden under våte forhold, siden ingen damppute kan bygge seg opp på grunn av fordampningsvannet mellom bremseklossen og bremseskiven. De termiske spenningene i materialet som et resultat av varmetilførselen under oppbremsing kan derfor kontrolleres bedre enn med faste skiver. Imidlertid har disse fordelene prisen for økt slitasje på fôr: På grunn av det høye kontakttrykket fører fôrets kompressibilitet til økt slitasje, spesielt ved høye temperaturer. Med Porsche-bremser bores ikke hullene, men heller støpes direkte med skiven av stabilitetshensyn.
Et eksempel på beregning for oppvarming av en brems finner du i artikkelen Bremseskive .
Materialer
Når det gjelder sammensatt bremse , er den grå friksjonsringen av støpejern bare koblet til aluminiumskoppen på bremseskiven med støpte rustfrie stålpinner. Den er lettere enn en støpejernsskive av samme størrelse, og på grunn av den lavere ufjærede massen forbedres chassisets opphengsegenskaper.
I høyt drevne og dyre luksus- og sportsbiler tilbys bremseskiver laget av karbonkeramikk (CMC), et komposittmateriale av keramisk fiber laget av karbonfibre og silisiumkarbid . Disse platene har lengre levetid på grunn av korrosjonsbestandighet og lavere slitasje. Når driftstemperaturen stiger, viser CMC-bremsen mindre falming . De er 40 prosent lettere enn metallskiver, og også her forbedres håndteringen på grunn av de lavere, usjungne massene. Keramiske skiver er mange ganger dyrere enn grå støpejernsskiver, noe som for øyeblikket forhindrer massebruk.
Et lignende, men likevel lettere materiale, nemlig med forsterket karbonfiberkarbon (CFC), var i 1971 klar for praksis og var på den fjerde seriemaskinen i bremsene til det supersoniske flyet Concorde som ble brukt. På dette tidspunktet hadde Dunlop forsket på mulige materialer i ti år takket være Concorde. I det videre løpet ble disse bremseskivene standarden i konstruksjonen av passasjerfly og også i bilracing . Imidlertid viser det dyre og veldig lette materialet dårlig kaldoppbremsing og er derfor ikke egnet for veitrafikk. Karbonoverflatene har litt høyere friksjonskoeffisient enn grå støpejern.
Støpejernsbremseskiver tåler temperaturer opp til 1000 ° C, silisiumkarbidskiver 1300 ° C og karbonskiver 2000 ° C.
Bremseklave
Det skilles mellom enkelt- og flerstempelkaliper og mellom faste og flytende bremser. Bremsestempelet tilbakestilles med en spesiell formet tetning i bremseklave.
Enkeltstempelkaliper har bare ett bremsestempel, de finnes hovedsakelig i biler og små motoriserte tohjulinger eller sportssykler og er vanligvis bygget som flytende bremser. For å fordele kontakttrykket jevnere over friksjonsoverflaten og for å redusere aktiveringskreftene, er det montert kaliper med flere stempler. Motorsykler uten bremseforsterker har derfor vanligvis 4, og i sportsmodeller også 6 og 8 stempelbremser. Effekt og bremseadferd kan forbedres ytterligere med individuelle fôr for flere stempler.
Bremseklave typer
- Når det gjelder den faste bremseklavebremsen , er huset til den faste bremseklappen også bremsebæreren, den er urørlig, og bremsestemplene er plassert på begge sider av bremseskiven. En fast skyvebrems har derfor dobbelt så mange stempler som en flytende skyvelærebrems. Bremser for høye belastninger er vanligvis faste bremser hvor tykkelsen er støpt eller freset fra en del; de kalles også monoblokkbremser .
- Den flytende skyvebremsen har bare en bremsebærer som er skrudd fast på hjullagerhuset. Den bevegelige flytende tykkelsen, som består av bremsesylinderen montert på den ene siden og en avbøyningsanordning som aktiverer det motsatte bremsebelegget, er festet til denne bæreren. Det skilles mellom den (nå foreldede) flytende rammebremsen , den (også foreldede, sjelden installerte) pendelen eller vippende skyvebremsen og den (nåværende) flytende skyvebremsen .
Radiale bremser
Den såkalte radiale bremsen er en skivebrems der bremsekaliprene er boltet radialt og dermed kan avstanden til hjulaksen varieres. Denne designen kommer fra racing, der bremseskiver med forskjellige diametre er montert avhengig av rute, vær, temperatur og annen påvirkning. Radielt bolte bremseklave kan tilpasses diameteren på bremseskiven som brukes. For dette formål varieres avstanden mellom hjulaksel og bremseklave ved å bruke skiver mellom bremseklave og bremseklavefeste på forgaffelen. Dette betyr at bremseklave og bremsekloss ikke trenger å skiftes ut. Dette sparer tid og gjør omlegging lettere, da ingen montering på hydraulikken er nødvendig. På grunn av utformingen kan radiale bremser bare implementeres som faste bremser.
Kantbrems
Med de såkalte omkretsbremsene , som er tilgjengelige for motorsykler og biler, er bremseskiven festet på utsiden av felgen i stedet for innsiden av hjulnavet og er omfattet av bremseklave fra innsiden. Som et resultat kan bremseskivens effektive diameter være nesten like stor som felgdiameteren, og en lavere kraft må påføres for samme bremsemoment. Det var en lignende design med internt omfattede bremseskiver i noen modeller fra Audi ( f.eks. V8 , 200 20V og 100 S4 ) og Porsche ( f.eks. 356 Carrera 2 ). Med disse er imidlertid den ytre kanten av bremseskiven ikke festet til felgen, men snarere koblet til hjulnavet via en spesiell navbærer.
aktivitet
På grunn av at bevegelse av bremseklossene er vanligvis bare noen få tiendedeler av en millimeter, materialene er meget vanskelig, og det nødvendige kontakttrykk er derfor svært høy, må bremsen betjenes via en kraftoverføring. Dette kan oppnås hydraulisk eller mekanisk. Den lengre bevegelsen til betjeningselementet (bremsepedal, håndspak) blir omgjort til kortere bevegelse av bremsen, og kontaktkraften økes med samme faktor.
Hydraulisk
Siden skivebremsen krever et høyere kontakttrykk enn en trommelbrems på grunn av manglende selvarmering (C * = 0,76), er den hydrauliske kraftoverføringen mellom hovedbremsesylinderen og hjulbremsesylinderen (bremsestempel) større. Av samme grunn har bremseforsterkere vært standardutstyr i lettere biler siden slutten av 1980-tallet . Hydraulisk bremseaktivering gjør det også enkelt å dele bremsekraften mellom flere slavesylindere, for eksempel når det gjelder flerstempelbremsekaliper eller doble skivebremser på tohjulinger.
Mekanisk
Av tekniske grunner (ingen hydrauliske trykkledninger) brukes kabeldrevne skivebremser nå også på sykler. Man snakker ofte om mekaniske skivebremser på en forenklet måte . Den nødvendige konvertering av trekkraften til aktiveringskabelen til trykket på bremseklossene på skiven oppnås ved hjelp av en gjengespindel anordnet i bremsekaliperen , som roteres av en betjeningshåndtak som trekkraften til Bowden-kabelen virker på på utsiden . Trådens slag utøver en lineær kraft på foringsplaten og presser den mot skiven. Tidligere år var motorsykler også utstyrt med bremser som fungerte etter dette prinsippet, for eksempel MV Agusta 600 .
Håndbrekk
I kjøretøy med fire skivebremser virker parkeringsbremsen (håndbremsen) vanligvis på bakhjulene. To forskjellige typer brukes til dette. Når bremseklossene er presset mot bremseskiven via et system av spaker på bremseklappen, og oppnår dermed en bremseeffekt. Den andre muligheten er at navene til de bakre bremseskivene er utformet som små bremsetrommer og at de inneholder konvensjonelle trommelbremsesko, som bare parkeringsbremsen virker på.
litteratur
- Bert Breuer, Karlheinz H. Bill: Bremsemanual: Grunnleggende, komponenter, systemer, kjøredynamikk. Vieweg + Teubner, 2006, ISBN 978-3-8348-0064-0
- MAN Nutzfahrzeuge Group: Basics of Commercial Vehicle Technology Kirschbaum Verlag, 2004, ISBN 3-7812-1640-3
weblenker
Individuelle bevis
- ↑ a b Olaf von Fersen (red.): Et århundre med bilteknologi. Passasjerbiler. VDI Verlag 1986, ISBN 3-18-400620-4 , s. 410-411.
- ↑ Patent US526317A på espacenet.com
- ^ Tony Hadland, Hans-Erhard Lessing: Sykkeldesign. En illustrert historie. MIT Press, Cambridge / London 2014, ISBN 978-0-262-02675-8 , s. 286 ff.
- ^ Karlheinz H. Bill: Bremsemanual . Vieweg + Teubner Verlag, 2006, ISBN 3-8348-0064-3 , s. 7 .
- ↑ https://www.google.gg/patents/US2323052 Skivebrems for bruk i biler, fly og lignende US 2323052 A
- ^ TRW historie - se 1952
- ^ Karbonbremser for Concorde , Flight International, 30. desember 1971, s. 1031
- ↑ Michael Trzesniowski: racerbilteknologi. Vieweg + Teubner Verlag, 2. utgave 2010. ISBN 978-3-8348-0857-8 , s. 432-433
- ↑ Patentsøknad DE102008023327 : hjulbrems. Registrert 13. mai 2008 , publisert 19. november 2009 , søker: Porsche AG, oppfinner: Thomas Kirschner, Gerd Seifert.