DE102009019662A1

DE102009019662A1 - Kolben für einen Bremssattel

Info

Publication number: DE102009019662A1
Application number: DE102009019662A
Authority: DE
Inventors: Dirk Koch; Anja Klimt; Thomas Winkler; Herwig Bauer
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2009-11-26
Also published as: WO2009141268A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben 1 für einen Bremssattel einer Teilbelag-Scheibenbremse. Der Kolben umnfasst einen Träger 2 aus Kunststoffwerkstoff sowie einen topfförmigen metallischen Einsatz 13. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Einsatz 13 einen umlaufenden, an einer Stirnfläche 10 des Kunststoffteils anliegenden, Flansch 14 aufweist und dass der Flansch 14 an der Stirnfläche 10 des Kunststoffteils hydraulisch dicht verklebt vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Bremssattel einer Teilbelag-Scheibenbremse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Beispielhaft ist aus der DE 195 34 220 A1 ein topfförmiger Kolben aus Kunststoffwerkstoff bekannt. Der Kolben umfasst einen Boden und eine zylindrische Wandung deren offene Stirnseite einen Reibbelag beaufschlagt. Dieser bekannte Kolben aus Kunststoffwerkstoff ist besonders beanspruchungsgerecht ausgebildet und erträgt auftretende mechanische Druckspannungen prinzipiell ohne metallische Verstärkung, indem ein scheibenförmige und daher hochfester Boden stets in einer Aufnahmebohrung vom Bremssattel verbleibt, selbst wenn Bremsbeläge und Bremsscheibe extrem verschlissen sind. Die Wandung wird im Wesentlichen ausschließlich durch Druckspannung beansprucht. Bei einer Variante dieser Schrift ist ein Einsatz vorgesehen, der ins unbenetzte, fluidfreie Topfinnere vom Kolben eingefügt ist, und eine gegenüberliegende Stirnseite der Wandung überlappt. Diese Anordnung dient bei dem bekannten Kolben dem Zweck, eine thermische Kopplung vorzusehen. Mit anderen Worten ist der meist bakelitartig ausgebildete Kunststoffwerkstoff ein schlechter thermischer Leiter, und diese thermische Isolationswirkung des Kunststoffwerkstoffs wird durch den metallischen Einsatz vermieden, indem die Reibungswärme vom Reibbelag über den Einsatz auf die Bremsflüssigkeit übertragen wird.
Moderne Fahrzeugbremsanlagen sehen jedoch Spindeltriebe im Sattelgehäuse vor, die für eine Verschleißnachstellung oder für eine elektromechanische Betätigung dienen können. Prinzipiell ist es zwar grundsätzlich denkbar, einen topfförmigen Kolben derart im Bremssattel anzuordnen, dass der Topfinnenraum von Bremsflüssigkeit beaufschlagt ist, und dass der geschlossene Boden den Reibbelag beaufschlagt. Dadurch werden jedoch verstärkt Zug- und Biegespannungen in den Kolben eingeleitet. Es hat sich erwiesen, dass die Werkstoffkennwerte von Kunststoffwerkstoffen zwar grundsätzlich für Axialkraftbeaufschlagung geeignet sind, aber dass Innendruckbeanspruchung im dünnen Zugbeanspruchung Druckbeanspruchung nicht ohne Weiteres für diese Beanspruchungsform geeignet sind, so dass auch schon der Vorschlag unterbreitet wurde, eine punktuelle mechanische Verstärkung aus Metallwerkstoff vorzusehen.
Jedoch ist eine innige und dauerhafte Verbindung zwischen Kunststoffwerkstoff und Metallwerkstoff, wie insbesondere Stahl oder Aluminium, nicht unproblematisch, weil diese Werkstoffe völlig unterschiedliche Temperaturdehnungskoeffizienten aufweisen. Weil eine Fahrzeugbremse mit extremer Bewitterung, unter extremem Temperaturwechsel und zusätzlich mit wechselndem hydraulischen Druck beaufschlagt ist, soll vorliegend ein Kolben mit besonderem Schutz gegen Delamination vorgeschlagen werden.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Kolben unter Verwendung von Kunststoffwerkstoff mit einem metallischen Einsatz vorzuschlagen, der beanspruchungsgerecht gestaltet ist, und dessen Konstruktion insbesondere gegen Delamination geschützt ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale vom unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Demnach weist der Einsatz einen rechtwinklig zu einer Kolbenachse angeordneten, umlaufenden, Flansch auf, und wobei zwischen Flansch und Stirnfläche eine rechtwinklig zur Kolbenachse angeordnete Dichtungsfuge vorgesehen ist. Vorzugsweise ist der Flansch mit einem Klebemittel an der Stirnfläche des Kolbens verklebt vorgesehen. Indem durch den Flansch erfindungsgemäß zumindest geringfügig mehr Metallwerkstoff am zylindrischen, offenen Ende, in einer biegekritischen Zone vom Kolben, vorgesehen ist, wird der Kolben durch Erhöhung des Widerstandmomentes versteift. Zusätzlich ist die Trennfuge zwischen Kunststoffteil und Einsatz gegen Delamination geschützt, indem diese durch Radialanordnung verdeckt vorgesehen ist. Die Delamination durch den hydraulischen Druck wird auch vermieden, weil der Druck primär eine verstärkte Anlage zwischen Wandung und Flansch bewirkt.
In der Stirnfläche kann in vorteilhafter Ausgestaltung eine Nut zur Aufnahme von dem wenigstens einen Dichtungsmittel vorgesehen sein. Dadurch wird es beispielsweise ermöglicht, das Dichtungsmittel, respektive den Klebstoff vor der Montage der beteiligten Bauteile anzuordnen. Es versteht sich, dass das Dichtungsmittel oder der Klebstoff grundsätzlich als fester Formkörper wie insbesondere als O-Ring oder als Festklebstoff in O-Ring-Form vorgesehen sein kann, ohne die Erfindung zu verlassen.
Für eine komplette Abdichtung der Dichtungsfuge weist die Nut einen halbkreisförmigen Querschnitt auf. Weiterhin ist diese Nut mindestens etwa zentrisch zur Dichtungsfuge platziert vorgesehen.
Die Stirnfläche ist für eine versenkte Aufnahme vom Flansch mindestens etwas in Größenordnung von dessen Querschnittsdicke abgestuft ausgebildet, was die axiale Baulänge verkürzt.
Vorteilhaft ist es wenn der Einsatz an einer axialkraftübertragenden Fläche zum Zusammenwirken mit einer entsprechenden Fläche der Spindelvorrichtung konifiziert und/oder plan und/oder sphärisch ausgebildet ist.
Eine effektive Herstellung wird erzielt, wenn Boden und Wandung aus Kunststoff ausgebildet sind, dass der Einsatz aus metallischem Blechwerkstoff als Tiefziehbauteil ausgebildet ist, und wobei eine geringste Wandstärke der Wandung so dimensioniert ist, dass diese mindestens etwa ein Mehrfaches von der Querschnittsdicke des Einsatz beträgt.
Eine besonders fertigungsgerechte Verdrehsicherung wird ermöglicht, wenn der Einsatz eine parallel zur Kolbenachse verlaufende Schlüsselfläche und oder einen Mehrkant wie insbesondere eine Sechskant-Schlüsselfläche zur formschlüssigen Aufnahme einer Gewindemutter aufweist. Eine derartige Profilierung verfügt über den zusätzlichen Vorteil, dass das Biegewiderstandsmoment erhöht wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand zweier Ausführungsbeispiele gemäß der Zeichnung hervor.
In der Zeichnung zeigt:
1a und 1b ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens im Längsschnitt sowie einen vergrößerten Ausschnitt und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens im Längsschnitt.
1 verdeutlicht einen gewichtsoptimierten Kolben 1 umfassend einen Träger 2 der zumindest teilweise aus Kunststoffwerkstoff ausgebildet ist, und parallel zu einer Kolbenachse 3 verschiebbar in einer Aufnahmebohrung 4 von einem metallischen Bremssattel 5 aufgenommen ist. Der Bremssattel 5 ist Bestandteil einer Scheibenbremse, die hydraulisch, mechanisch oder elektromechanisch betätigbar ist. Dabei ist der Träger 2 generell als einseitig offener, topfartiger Hohlzylinder gestaltet, der einen scheibenförmigen, weitgehend flachen Boden 6 umfasst. Einstückig am Boden 6 ist eine Wandung 7 vorgesehen, deren Außenumfang B zur Führung innerhalb der Aufnahmebohrung 4 dient. Zwecks Abdichtung kann in der Aufnahmebohrung 4 eine nicht weiter verdeutlichte Dichtung vorgesehen sein. In der Zeichnung ist eine besonders kritische, weit ausgefahrene Betriebsposition vom Kolben 1 verdeutlicht. Im Übergangsbereich zwischen Boden 6 und Wandung 7 ist von radial außen eine Nut 9 in die Wandung 7 integriert, die zur Aufnahme einer sogenannten, nicht gezeichneten, Schutzkappe dient. Am Ende der Wandung 7 verfügt diese über eine Stirnfläche 10, welche im Wesentlichen parallel zum Boden 6 verläuft. Durch die derartige Bauweise ist ein Topfinneres 11 hydraulisch mit Bremsdruck beaufschlagbar, so dass eine auswärts gerichtete Anlagefläche 12 vom Boden 6 gegen eine Rückenplatte von einem Reibbelag 19 pressbar ist, welcher eine Scheibe 20 beaufschlagt. Diese grundsätzliche Wirkungsweise stimmt sowohl bei mechanisch/hydraulischer, wie auch bei elektromechanischer Betätigung im Wesentlichen überein. Im Topfinneren 11 nimmt der Kolben 1 einen im Wesentlichen topfförmigen, mit Vorteil mehrfach abgestuften, metallischen Einsatz 13 und besonders bevorzugt zusätzlich eine nicht gezeigte Spindelvorrichtung auf, die der Reibbelagverschleißkompensation oder einem Feststellbremsmechanismus dient. Der Einsatz 13 ist grundsätzlich in den Bremsbetätigungskraftfluss eingebunden, und wird ausgehend vom Topfinneren 11 durch das Druckmittel beaufschlagt. Rechtwinklig zur Kolbenachse 3 weist der Einsatz 13 einen ringförmig umlaufenden Flansch 14 auf. Indem der Flansch 14 die Stirnfläche 10 der Wandung 7 zumindest teilweise übergreift, und auf der Stirnfläche 10 aufliegt, wird eine rechtwinklig zur Kolbenachse 3 angeordnete Dichtungsfuge 15 ermöglicht. Gleichzeit erhöht der Flansch 14 die Steifigkeit vom Kolben 1, indem dessen Widerstandmoment in einem besonders hoch beanspruchten Bereich am offenen, freien Ende erhöht ist. Folglich ergibt sich eine beanspruchungsgerechte Konstruktion. Der hydraulische Druckkraft bewirkt primär, dass die Dichtungsfuge 15 zwangsläufig geschlossen wird, wobei sich dieser vorteilhafte Wirkung mit steigendem Druck sogar erhöht. Dadurch wird Delamination zwischen Träger 2 und Einsatz 13 vermieden.
Im Bereich der Dichtungsfuge 15 ist in die Stirnfläche 10 der Wandung 7 eine rinförmig umlaufende Nut 16 zur Aufnahme von wenigstens einem Dichtungsmittel eingearbeitet. Dabei weist die Nut 16 gemäß Ausführungsform einen halbkreisförmig gerundeten Querschnitt auf, so dass selbst bei Verwendung von gummielastischen O-Ring-Dichtungselementen keine Beschädigung zu erwarten ist. Die Nut 16 ist grundsätzlich etwa zentrisch zur Dichtungsfuge 15 platziert, was etwa einem mittleren Durchmesser dm vom Flansch 14 entspricht.
Als Dichtungselement im Sinne der Anmeldung ist generell auch ein Klebemittel zu verstehen, das in die Nut 16 und in die Dichtungsfuge 15 einbracht ist, um eine möglichst innige, dauerhafte Befestigung zwischen Träger 2 und Einsatz 13 zu erzeugen. Es versteht sich weiterhin, dass mehrere Dichtungselemente oder Klebemittel nebeneinander verwendbar sind. Es versteht sich weiterhin, dass das oder die Dichtungselmente nicht ausschließlich im Bereich der Dichtungsfuge 15 platziert sein müssen, sondern in einer gesamten Fuge zwischen Träger 2 und Einsatz 13 vorgesehen sein können.
Für eine versenkte Anordnung vom Einsatz 13 ist die Stirnfläche 10 der Wandung 7 abgestuft ausgebildet, was die axiale Baulänge vom Kolben 1 verringert. Für diese versenkte Aufnahme vom Flansch 14 ist die notwendige Stufenhöhe mindestens etwa in Größenordnung von der Querschnittsdicke t vom Einsatz 13 vorgesehen. Wenn der Einsatz 13 abgestuft ausgebildet ist, oder keine einheitliche Dicke t aufweist, ist die Querschnittsdicke im Bereich vom Flansch 14 maßgeblich.
Wie bereits angeklungen, ist der Einsatz 13 in den Kraftfluß der Betätigung integriert. Zur Anpassung an getriebeartige Betätigungsvorrichtungen mit Spindel-Mutter-Trieb (elektromechanische Bremsbetätigungsvorrichtungen, Reibbelagverschleißkompensationsvorrichtungen) verfügt der Einsatz 13 über wenigstens eine axialkraftübertragende Fläche 17 zum Zusammenwirken mit einer entsprechenden Fläche einer nicht gezeichneten Gewindespindel oder Gewindemutter des Spindel-Mutter-Triebs. Zu diesem Zweck ist die Fläche 17 konifiziert und/oder plan und/oder sphärisch ausgebildet, wobei eine sphärische Formgebung selbstzentrierend wirkt.
Zur fertigungsgerechten, dauerfesten und gewichtsoptimierten Gestaltung der Bauteile trägt bei, dass Boden 6 und Wandung 7 vom Träger 2 aus Kunststoff ausgebildet sind, dass der Einsatz 13 aus metallischem Blechwerkstoff als Tiefziehbauteil ausgebildet ist, und wobei eine geringste Wandstärke d der Wandung 7 so dimensioniert ist, dass diese mindestens etwa ein Mehrfaches von der Querschnittsdicke t des Einsatz 13 beträgt. Dadurch eignet sich die Erfindung vorrangig für Kolbenbaureihen mit großem Außendurchmesser, die normalerweise vollständig aus Metallwerkstoff bestehen.
Der Einsatz 13 umfasst weiterhin eine, in einem erweiterten Durchmesserbereich angeordnete, radial innere Aufnahme 18 für eine nicht gezeigte Gewindemutter, wobei eine Verdrehsicherung dadurch realisiert ist, dass die Aufnahme 18 eine integrierte Schlüsselfläche und oder einen Mehrkant wie insbesondere eine Sechskant-Schlüsselfläche zur formschlüssigen Aufnahme 18 einer entsprechend gestalteten Außenkontur der Gewindemutter aufweist. Diese Profilierung unterstützt die Festigkeit vom Kolben 1 zusätzlich, weil dessen Widerstandsmoment erhöht ist.
Der erfindungsgemäße Kolben 1 weist durch die Verwendung von Kunststoff ein geringes Gewicht auf, und dessen Topfinneres 11 kann dennoch variabel genutzt werden. Der metallische Einsatz 13, welcher gleichermaßen Zug- und Druckspannungen aufnehmen kann, ermöglicht eine möglichst geringe Wandstärke d vom Träger 2, ohne Delamination und Zerstörung der involvierten Bauteile befürchten zu müssen

1: Kolben
2: Träger
3: Kolbenachse
4: Aufnahmebohrung
5: Bremssattel
6: Boden
7: Wandung
8: Außenumfang
9: Nut
10: Stirnfläche
11: Topfinneres
12: Anlagefläche
13: Einsatz
14: Flansch
15: Dichtungsfuge
16: Nut
17: Fläche
18: Aufnahme
19: Reibbelag
20: Scheibe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19534220 A1 [0002]

Claims

Kolben (1) für einen Bremssattel (5) einer hydraulisch und/oder mechanisch und/oder elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremse, der im wesentlichen als einseitig offener, topfartiger Hohlzylinder gestaltet ist, und einen Boden (6) und eine einstückig am Boden (6) angeordnete Wandung (7) und umfassend eine Nut (9) im Übergang zwischen Boden (6) und Wandung (7) aufweist, sowie eine parallel zum Boden (6) angeordnete Stirnfläche (10) umfasst, wobei der Boden (6) ausgehend vom Topfinneren (11) mit Bremsdruck beaufschlagbar ist, so dass eine auswärts gerichtete Anlagefläche (12) gegen einen Reibbelag (19) pressbar ist, wobei das Topfinnere (11) einen metallischen Einsatz (13 und bevorzugt eine Spindelvorrichtung aufnimmt, die insbesondere in einen Kraftfluss von einem Feststellbremsmechanismus einbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (13) einen rechtwinklig zu einer Kolbenachse (3) angeordneten, umlaufenden, Flansch (14) aufweist, und wobei zwischen Flansch (14) und Stirnfläche (10) eine rechtwinklig zur Kolbenachse (3) angeordnete Dichtungsfuge (15) vorgesehen ist.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (10) eine Nut (16) zur Aufnahme von wenigstens einem Dichtungsmittel aufweist.
Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (16) einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, und dass die Nut (16) mindestens etwa zentrisch zur Dichtungsfuge (15) platziert ist.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (10) für eine versenkte Aufnahme vom Flansch (14) mindestens etwas in Größenordnung von dessen Querschnittsdicke (t) abgestuft ausgebildet ist.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (13) eine gesondert umlaufende Fläche (17) zum Zusammenwirken mit einer entsprechenden Fläche der Spindelvorrichtung aufweist, und dass die Fläche (17) konifiziert und/oder plan und/oder sphärisch ausgebildet ist.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Boden (6) und Wandung (7) aus Kunststoff ausgebildet sind, dass der Einsatz (13) aus metallischem Blechwerkstoff als Tiefziehbauteil ausgebildet ist, und wobei eine geringste Wandstärke (d) der Wandung (7) so dimensioniert ist, dass diese mindestens etwa ein Mehrfaches von der Querschnittsdicke (t) des Einsatz (13) beträgt.
Kolben nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (13) abgestuft ausgebildet ist, und eine Aufnahme (18) mit einer Schlüsselfläche und/oder einen Mehrkant wie insbesondere eine Sechskant-Schlüsselfläche zur formschlüssigen Aufnahme einer Gewindemutter aufweist.