CN105605126A - 回复弹簧和包括可塑性变形的回复弹簧的盘式制动器 - Google Patents

回复弹簧和包括可塑性变形的回复弹簧的盘式制动器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及回复弹簧和包括可塑性变形的回复弹簧的盘式制动器，盘式制动器包括：具有至少一个容纳区的制动器支架；刹车衬片组件，其具有刹车衬片支座和被附接至刹车衬片支座的刹车衬片，该刹车衬片能被置入与制动盘的相互作用以获得制动效果，刹车衬片组件经由形成在刹车衬片支座上的引导部引导地容纳在至少一个容纳区中；和至少一个回复弹簧，其接合刹车衬片组件并在弹性变形作用下将刹车衬片组件偏压至不产生制动效果的初始位置中。至少一个回复弹簧能塑性变形以补偿刹车衬片磨损。回复弹簧通过底部抵接制动器支架且具有至少一个支腿，支腿经由连接区连接至底部且以相对于底部的一个角度布置，该角度随刹车衬片磨损加剧在塑性变形作用下改变。

Description

回复弹簧和包括可塑性变形的回复弹簧的盘式制动器
本申请是国际申请日为2013年8月22日、申请号为201380044174.1(PCT/EP2013/067451)、发明名称为“回复弹簧以及包括可塑性变形的回复弹簧的机动车用盘式制动器”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于机动车制动系统的盘式制动器，该盘式制动器包括：制动器支架，该制动器支架具有至少一个容纳区；刹车衬片组件，该刹车衬片组件具有刹车衬片支座和被附接至刹车衬片支座并能被置入与制动盘相互作用以获得制动效果的刹车衬片，其中该刹车衬片组件以经由形成在刹车衬片支座上的导向部引导的方式被容纳在所述至少一个容纳区中；以及至少一个回复弹簧，该回复弹簧接合刹车衬片组件并在弹性变形下将该刹车衬片组件偏压至不产生制动效果的初始位置，其中，所述至少一个回复弹簧能弹性变形以补偿刹车衬片磨损。
背景技术
这样的盘式制动器是现有技术。在这些盘式制动器中，刹车衬片支座在偏离其产生制动效果并由此进入与制动盘的摩擦接触的初始位置之后必须被回移至初始位置以使刹车衬片与制动盘分离。为了避免不希望的磨损并减小损耗，在刹车衬片组件已偏移而产生制动效果之后，绝对需要阻止任何接触保留在刹车衬片和制动盘之间以及出现任何残余滑动动量。
但如同样众所周知地，需要如此设计盘式制动器，即，在刹车衬片磨损情况下，可以实现磨损修正，从而使得即使出现衬片磨损，盘式制动器在操纵时的性能也保持基本不变。这样的磨损修正需要根据磨损来调节回复弹簧。为此有多种解决方案，根据实际磨损状况，回复弹簧借此在容纳区中可以实现滑动调节。其它解决方案规定，回复弹簧在容纳区中根据实际磨损进行变形且尤其是塑性变形。这样的解决方案例如在文献US7,318,503B2中有描述。在这里，刹车衬片组件通过环圈状回复弹簧被偏压入其初始位置，其中该环圈状回复弹簧被构造成也保证通过零部件塑性变形来补偿衬片磨损。
但事实已经表明，这样的解决方案在磨损补偿过程中未显示出可靠性。尤其难以预计弹簧弹性弯曲体的塑性变形是否总是精确对应于实际磨损状态。其结果是随着刹车衬片实际磨损逐渐加剧，回复弹簧的回复性也可能改变。这可能导致例如弹簧过度变形，结果，残余弹性变形分量不再产生充分的回复运动并且出现残余滑动动量。另一方面，弹簧也可能塑性变形不足，结果，它产生超出期望的较大回复行程。这导致再次操纵时的制动器延迟响应性能。
发明内容
与此相比，本发明的一个目的是提供一种前言所述类型的盘式制动器，其回复弹簧产生可靠的磨损补偿，伴随恒定的回复性能。
该目的通过前言所述类型的盘式制动器实现，在此规定该回复弹簧通过底部抵靠在制动器支架上并且具有至少一个支腿，该支腿通过连接区被连接至该底部并且相对于所述底部以一角度布置，所述角度随着刹车衬片磨损加剧而在塑性变形作用下改变。
代替协调圆形曲线，本发明规定了在连接区内设置整体成型部分，在这里发生用于磨损修正的塑性变形。这允许塑性变形行为以更按规定的方式被调节。
本发明的一个改进方案规定，回复弹簧被构造成具有以一个角度彼此相对设置的至少两个支腿，其中随着衬片磨损加剧，两个支腿之间的角度发生变化以实现磨损补偿。
因此，在回复弹簧塑性变形作用下的磨损补偿发生在所述底部和至少一个支腿之间的至少一个连接区内和/或在有至少两个支腿情况下附加地或者替代地在相邻的两个支腿之间的连接区内，其中所述连接区被清楚限定。因而，假定适当构型以下将更详细描述的所述连接区，则弹簧变形行为可以有意且可靠地针对磨损补偿被调节。
原则上也可以使该弹簧承受拉伸载荷，其中使所述至少一个支腿变形，同时该支腿与底部一起形成的所述角度减小。如果设有至少两个相邻支腿，则这些支腿张开，由其形成的所述角度同时扩大。作为其替代方式，根据本发明优选规定回复弹簧如此设置在制动器支架和刹车衬片组件之间，即，回复弹簧承受压缩载荷，其中随着刹车衬片磨损加剧，所述至少一个支腿和底部之间的角度在塑性变形作用下变大。如果设有相邻的两个支腿，则它们之间的角度在塑性变形作用下变小，并且相邻的支腿彼此靠近。这个在压缩下是弹性的弹簧变型的优点是，相邻的支腿在加剧的磨损补偿作用下相互靠拢，最终在最大变形(塑性和弹性)下相互抵靠。当释放制动器时，发生处在弹性变形分量范围内的回复动量。塑性(永久)变形分量被用于磨损补偿。
本发明的一个改进方案规定，回复弹簧在相邻的两个支腿之间的连接区内或者在至少一个支腿和底部之间的连接区内并且在靠近所述连接区的位置处分别配设有凹窝，其中，远离该连接区的支腿被设计成没有凹窝。通过适当设定连接区内的凹窝的长度和/或宽度，所述连接区内的变形行为可以被有意控制。较大的凹窝提供连接区的较大强度削弱，因而造成较低的变形极限。本文中的变形极限是指从弹性变形状态至塑性变形状态的过渡。较小的凹窝提供较高的变形极限，即，需要较大的力以在连接区获得塑性变形。将连接区设计成具有凹窝具有其它优点，即，它允许有目的地以低制造成本来调节要实现的变形性能。总之，因此可以使在弹性变形和塑性变形之间的连接区的期望变形极限能通过设定该连接区内的凹窝的尺寸来决定。
关于回复弹簧的结构设计，可以规定该支腿的与底部相连的连接区具有不同于相邻的支腿之间的连接区的变形极限。靠近底部的支腿因此塑性变形，可以说比远离底部设置的支腿更迟变形。
与此相关地还可以进一步规定，在相邻的支腿之间的、距底部的距离增大的这些连接区被设计成具有不等值的变形极限，优选为数值减小的变形极限。但也可以在前后相继的连接区内提供交替的变形极限。
关于回复弹簧的结构还可以进一步规定，该至少一个连接区基本上具有协调的倒圆结构，但半径较小。该协调的倒圆防止不希望有的回复弹簧断裂并且保证长的使用寿命。另外，可以规定所述支腿具有基本呈直线的结构。
根据本发明，原则上也可以使回复弹簧呈单独件形式并且能相对于制动器支架被固定，优选通过棘爪连接或者夹紧连接。这允许呈由弹簧金属片等弯曲冲压形式的简单制造。但回复弹簧也可被连接至引导夹以引导该刹车衬片支座，该引导夹容纳在该容纳区中。与此相关地可以规定，回复弹簧通过棘爪连接被闩锁和/或夹紧在引导夹上，其中该引导夹为此具有凹窝。或者，回复弹簧可以一体形成在引导夹上。这方便回复弹簧和引导夹在组装和储备过程中作为一个单元来操纵。
根据本发明，与此相关地还可以进一步规定，回复弹簧和引导夹的单元通过成型扁平件来制造，其中该回复弹簧和引导夹均通过成型在扁平状态下是基本长条形的扁平件部分来制造，其中所述长条部的各自纵轴线的走向基本相互平行。作为扁平件，可以优选考虑金属片，金属片在切割或冲压加工过程中具有期望的外形和凹窝，并且随后在弯曲加工过程中被成型。通过根据本发明作为扁平件的长条部分构成该回复弹簧和引导夹并且通过平行布置所述部分的各自纵轴线，可以将扁平件尺寸保持得很小。这因而减小了制造扁平件所需要的材料的表面积并且减少了出现的材料碎屑量，因此，制造成本可被显著降低。
本发明进一步涉及用于前述类型的盘式制动器的回复弹簧，其中所有涉及回复弹簧及其安装的以上特征可单独地或按照其任意期望组合方式来提供。
附图说明
以下将参照附图来举例描述本发明，其中：
图1是盘式制动器的立体图；
图2是用于引导刹车衬片支座的引导夹的立体图；
图3和图4是图2的引导夹的立体图，此时根据本发明第一实施例的回复弹簧被固定到其上；
图5是根据第一实施例的回复弹簧的组成图；
图6是根据第一实施例的图5的回复弹簧的剖视图；
图7和图8是引导夹和根据第二实施例的回复弹簧的组合件的后视图和前视图，其中视轴线对应于刹车衬片组件的运动轴线；
图9是引导夹和根据第二实施例的回复弹簧的组合件的透视图；
图10是用于通过成型来制造根据第二实施例的回复弹簧和引导夹的组合件的扁平件的视图；
图11是用于通过成型来制造根据第三实施例的回复弹簧和引导夹的组合件的扁平件的视图；
图12是引导夹和根据第三实施例的回复弹簧的组合件的立体图，它们通过成型图11的扁平部分来制造；以及
图13是图12的视图的另一立体图。
具体实施方式
在图1中，示出了根据本发明的盘式制动器且总体用9标示。在这里，在U形制动器支架10中设置有刹车衬片组件11，其以位移方式在制动器支架10中的容纳区12内被引导。在容纳区12内侧设有回复弹簧13。在所示的实施例中，该弹簧基本上设置在引导夹15内侧，而引导架设置在容纳区12中。回复弹簧13抵接刹车衬片组件11的侧向突出的导向部14。为了产生制动力，刹车衬片组件11通过未详细示出的部件按照本身已知的方式在容纳区12中被移动。回复弹簧13在此情况下根据刹车衬片组件11的位移行程最初依据作用于它的力而弹性变形。在取消作用于刹车衬片组件11的操纵力之后，回复弹簧13可以通过弹性回弹使刹车衬片组件11返回到初始位置，此后也称之为回复位置。在这种情况下，在制动器支架10的相反区域内设有未示出的包括相应的回复弹簧13的相同的组件组。
在盘式制动器9的维护期间内，位于刹车衬片组件11的面向回复弹簧13的表面部分上的刹车衬片被磨蚀。为了使盘式制动器9的响应性能保持不变，这样的磨损一般通过对应于实际刹车衬片磨损的磨损修正来补偿。在此情况下，刹车衬片组件11在回复弹簧13方向上和/或在操纵方向上被永久移位。刹车衬片组件11的初始位置和/或回复位置同样通过磨损修正被调整以适应加剧的刹车衬片磨损和/或刹车衬片组件11的补偿向前位移。这意味着初始位置和/或回复位置也为了磨损补偿而被改变。根据本发明的回复弹簧13如此解决磨损补偿问题，由于有允许增强的力作用塑性变形，结果，它在弹性变形状态下使其在刹车衬片组件11上的施力点在刹车衬片组件11的操纵方向上移位，进而使随后的回复位置移位。随后，参照如图2至图6所示的第一实施例来详述该操作过程。例如当由于初期磨损在制动器操纵时出现刹车衬片组件11的较大运动且于是回复弹簧13较大程度变形时，获得增强的力作用。此变形包括可逆的弹性分量和永久的塑性分量。
图2示出了引导夹15，其设置在刹车衬片支座10的容纳区12中。这样的引导夹本身是现有技术。它们被用于按照规定方式在制动器支架内引导刹车衬片组件。针对本发明的盘式制动器9，附加设有凹窝20。
图3和图4示出了回复弹簧13的第一实施例，回复弹簧呈单独件形式且被固定至引导夹15。为此，回复弹簧通过锁爪24咬入引导夹15的凹窝20中并通过夹紧部21包围引导夹15的一部分。在此情况下，夹紧部21如此与对置相接的底部22相互作用，即，所述部分在被推压到引导夹15的限位区上时弹性张开。回复弹簧13因此被牢固夹紧到引导夹15上。或者可行的是，这样的回复弹簧固定无需引导夹而直接在刹车衬片支座10上实现。
图5示出了根据第一实施例的回复弹簧13的细节图。在这里，该回复弹簧具有上述的夹紧部21，其以约180°的角度延伸到底部22中，使得这两个部分基本上相互平行延伸。凹窝23设置在底部22内，锁爪24从该凹窝起在夹紧部21方向上突出。第一支腿28通过第一连接区26连接至该底部22。第一支腿通过连接区30延伸入第二支腿32。从底部22到支腿28的过渡部以及在支腿28、32之间的过渡部分别用角度α和β标示，所述角度通过从最初平坦的金属片朝向远离夹紧部21的底部22侧面地外弯支腿28、32而产生。最终的过渡部在此情况下有意是协调的，而不是例如锐边设计，以免应力集中。
图6示出了回复弹簧13的剖视图，其中，剖切轴线平行于刹车衬片组件11的运动方向延伸。对置的部分21和22在此情况下如此相互过渡衔接，即，它们之间的距离小于相应配合部(引导夹15的或刹车衬片支座10的区域)的材料厚度。因此，这些部分在被推压到相应的配合部上时被弹性张开并且牢固地将回复弹簧13夹紧到其上。与夹紧部21内的锁爪24对置地设有凹窝34，从而使得锁爪穿过(回复弹簧13被推压至其上的)配合部中的凹窝(例如引导夹15的凹窝20)突伸，因此部分咬入凹窝34中。
如可以在图5和图6中看到的，过渡区26、30均用凹窝34、36标示。这些凹窝也突入到支腿28、32和/或底部22的紧邻区域中。但在其它情况下，支腿28、32被设计成不具有凹窝且基本是直线的。凹窝34、36是设计特征部，连接区26、30借此被有意削弱。通过所述手段来确定变形极限，变形极限针对各连接区26、30基于有效力限定了从弹性变形到塑性变形的过渡。所示例子中的凹窝34、36的尺寸被设定成针对每个连接区出现不同的变形极限。在所示的实施例中，连接区30的变形极限被选择成低于连接区26的变形极限。不言而喻，这也意味着在连接区30内的弹性变形程度最初大于连接区26的弹性变形程度。
因此，在盘式制动器9操纵时，即，在刹车衬片组件11沿箭头F方向运动时，在根据图6中箭头F的力F的作用下，支腿28、32之间的角度β被减小。力F的增大和/或回复弹簧13的因加剧的衬片磨损而出现的较大变形导致了超过连接区30的变形极限。结果，支腿28、32之间的角度β因回复弹簧13的塑性变形而被永久减小。支腿32对刹车衬片组件11的施力点因而也在箭头F方向上移位。刹车衬片组件的由于回复弹簧13的弹性松弛而出现的回复位置因此也在操纵方向上因塑性变形而移位，该塑性变形由经过补偿的衬片磨损来决定。在连接区26的变形极限也被超过时，这种作用得到加强。在所示的例子中，这只发生在支腿32已经朝向支腿28塑性变形之后。于是出现用于磨损补偿的塑性变形行为，此时该角度α增大且该角度β同时减小，直到这两个支腿28和32最终在操纵状况下相互抵靠就位。进一步的塑性变形一般情况下不会发生。因此可以提供至少两个所规定的极限，回复弹簧13在所述极限塑性变形以补偿刹车衬片磨损。
应注意，在这样变形之后的回复弹簧13基本上保持其弹性回弹能力，进而其回复行程值也基本保持不变。只是回复弹簧13在刹车衬片组件11上的施力点和进而刹车衬片组件11在完全回复操作之后的绝对位置以磨损相关方式如此改变，即，它们在操纵方向上移位。
图7至图9示出了回复弹簧13的第二实施例，其中与第一实施例相比，相同类型或相同作用的零部件带有相同的附图标记。
主要区别是回复弹簧13未作为单独件来设计，而是一体形成在引导夹15上。因此不再采用借助锁爪24和夹紧部21的固定机构。但保留下这些对弹簧响应重要的元件以及限定变形极限的凹窝34、36。弹簧在此情况下最初是两维结构并随后被弯曲到底部22和支腿28、32中。
在第二实施例中，回复弹簧13和引导夹15通过成型一个共同的最初扁平的构件来制造。该扁平件在图10中被单独示出且用40标示。显然该回复弹簧13和引导夹15最初采用构件40的基本长条形部分44、46的形式。在此情况下，大部分已经准备好的各部分44和46根据如图7至图9所示的回复弹簧13和引导夹15的最终组合具有基本轮廓和凹窝。因此，例如可以在部分44中看到前述的凹窝34、36。
为了制造根据第二实施例的回复弹簧13和引导夹15的单元，扁平件40绕多个弯曲轴线被弯曲，其位置可以从如图7至图9所示的最终成型构件的组合视图中得到。显然，在此情况下例如在组合冲压/弯曲加工过程中可以使该轮廓进一步改变或者可以加入其它凹窝。
在如图10所示的扁平状态中能看到，由其随后形成引导夹15和回复弹簧13的部分44和46沿各自纵轴线L1和L2延伸。在此情况下，长条部分44和/或其纵轴线L1的走向垂直于长条部分46的纵轴线L2。在构件40成型过程中，部分44因此相对于部分46尤其绕在图10中用z表示的弯曲轴线被弯曲，该弯曲轴线的走向垂直于部分44的纵轴线L1。还看到扁平件40具有两个主要维度y和x，这两个维度决定性地限定出制造构件40所需要的金属片的材料表面积。在此情况下可以从图10中看到构件40只占展开材料表面积的相对小的比例，结果，在从该表面积切割或冲压出所述构件40时出现的材料碎屑量相对高。
与之相比，图11示出了根据本发明第三实施例的扁平件40的替代改进方案。在此情况下，长条部分44和46本身具有与图10的例子相同的结构。但在此实施例中，纵轴线L1和L2相互平行对准。因此，表面积部分44、46基本上在同一方向上延伸，并且与图10的先前例子相比，展开所需的材料表面积较小，尤其在横向y上。根据第三实施例的构件40因此占展开材料表面积的相对高的比例，碎屑量被显著减小。
弯曲轴线z(表面积部分44绕该弯曲轴线相对于部分46弯曲)在此实施例中以45°角度α相对于表面积部分44的纵轴线L1延伸。这允许第三实施例中的回复弹簧13也按照与在上述例子中的相同的方式相对于引导夹15以及操纵方向对准。
图12和图13示出了根据第三实施例的最终成型单元。再次清楚看到倾斜延伸的弯曲轴线z和回复弹簧13的与之相邻的部分。为了增大绕弯曲轴线z弯曲的区域的刚性并且为了避免局部应力集中，在此区域内的回复弹簧被设计成具有弯曲48，该弯曲同样在成型过程中产生。

Claims (15)

1.一种用于机动车制动系统的盘式制动器(9)的回复弹簧(13)和引导夹(15)的单元，
其中所述回复弹簧被构造成用于接合所述盘式制动器(9)的刹车衬片组件(11)，并在弹性变形作用下将所述刹车衬片组件(11)偏压至不产生制动效果的初始位置中，其中所述回复弹簧(13)能塑性变形以补偿刹车衬片磨损，
其中所述引导夹(15)被构造成用于引导所述刹车衬片组件(11)的刹车衬片支座并被容纳在所述制动器支架的容纳区中，
其中回复弹簧(13)和引导夹(15)的所述单元通过成型扁平件(40)来制造，其中所述回复弹簧(13)和所述引导夹(15)均通过成型所述扁平件(40)的在扁平状态下基本长条部分(44,46)来制造，其中所述长条部分(44,46)的各自的纵轴线(L1,L2)的走向基本相互平行。
2.根据权利要求1所述的单元，
其中，所述长条部分(44,46)相对于彼此绕弯曲轴线(z)被弯曲，所述弯曲轴线(z)相对于形成所述回复弹簧(13)的所述长条部分(44)的所述纵轴线(L2)倾斜地延伸。
3.根据权利要求2所述的单元，
其中，所述弯曲轴线(z)以大约45°的角度相对于形成所述回复弹簧(13)的所述长条部分(44)的所述纵轴线(L2)延伸。
4.根据权利要求2或3所述的单元，
其中，所述回复弹簧(13)的绕所述弯曲轴线(z)弯曲的部分被构造成具有弯曲(48)。
5.根据权利要求1所述的单元，
其特征在于，所述回复弹簧具有至少两个支腿(28,32)，所述至少两个支腿(28,32)相互连接并且相对于彼此以一角度(β)设置，其中所述角度(β)随着所述刹车衬片磨损加剧而在塑性变形作用下改变。
6.根据权利要求5所述的单元，
其特征在于，所述回复弹簧(13)被设置在所述制动器支架(10)和所述刹车衬片组件(11)之间，使得所述回复弹簧承受压缩载荷，其中随着刹车衬片磨损加剧，相邻的所述支腿之间的所述角度(β)在塑性变形作用下减小，并且所述至少两个支腿(28,32)相互靠近。
7.根据权利要求5或6所述的单元，
其特征在于，所述回复弹簧(13)在两个相邻的支腿(28,32)之间的连接区(26,30)内并且在靠近所述连接区(26,30)的位置处分别配设有凹窝(34,36)，其中远离所述连接区(28,32)的所述支腿(28,32)具有无凹窝设计。
8.根据权利要求7所述的单元，
其特征在于，所述连接区(26,30)在弹性变形和塑性变形之间的期望变形极限由所述连接区(26,30)内的所述凹窝(34,36)的尺寸设定来决定。
9.根据权利要求7所述的单元，
其特征在于，所述支腿(28)的连接至底部的所述连接区(26)具有不同于位于相邻的支腿(28,32)之间的所述连接区(30)的变形极限。
10.根据权利要求7所述的单元，
其特征在于，相邻的支腿(28,32)之间的所述连接区(26,30)随着距底部(22)的距离的增大而被构造成具有数值不等的变形极限。
11.根据权利要求7所述的单元，
其特征在于，所述至少一个连接区(26,30)是基本协调的倒圆结构。
12.根据权利要求5所述的单元，
其特征在于，所述至少一个支腿(28,32)是基本直线构造。
13.根据权利要求1所述的单元，
其特征在于，所述回复弹簧(13)一体地形成在所述引导夹(15)上。
14.根据权利要求1所述的单元，
其特征在于，所述回复弹簧(13)被进一步构造成经由底部(22)抵靠所述盘式制动器(9)的制动器支架(10)并且具有至少一个支腿(28,32)，该支腿经由连接区(26,30)被连接至所述底部并且相对于底部(22)以一角度(α)布置，所述角度(α)随着刹车衬片磨损加剧而在塑性变形作用下改变。
15.根据权利要求10所述的单元，
其特征在于，相邻的支腿(28,32)之间的所述连接区(26,30)随着距底部(22)的距离的增大而被构造成具有数值递减的变形极限。
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