DE102012012675A1 - Brake caliper for disc brake system used in motor car, has stiffening element that is embedded into brake caliper portion and connected along portion of boundary surface with material-brake caliper portion - Google Patents

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Abstract

The brake caliper (1) has a caliper portion (2) with stiffening element (3) embedded in a form-fitting. The stiffening element is embedded into brake caliper portion and connected along portion of boundary surface with the material-brake caliper portion. The material of the brake caliper portion is made up of iron or non-ferrous metal alloy and aluminum alloy. The material of the stiffening element is made up of fiber reinforced iron or non-ferrous metal alloy, aluminum base alloy or silicon carbide particle. An independent claim is included for method for manufacturing brake caliper.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochleistungs-Bremssattel für Scheibenbremssysteme mit eingebetteten Versteifungselementen und ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a high-performance caliper for disc brake systems with embedded stiffening elements and a method for its production.

An Bremssätteln für die Verwendung in Kraftfahrzeugen werden immer höhere Anforderungen im Bezug auf Gewicht und mechanische Belastbarkeit gestellt. Das verringerte Gewicht ist einer der Schlüssel zu leichteren und sparsameren Kraftfahrzeugen und ermöglicht darüber hinaus bessere Fahrdynamik, da der Bremssattel bei radseitiger Montage an einem Kraftfahrzeug eine ungefederte Masse darstellt. Neue Konstruktionen, Werkstoffe und Herstellungsverfahren erlauben es, das Gewicht des Bremssattels bei gleichbleibender mechanischer Belastbarkeit zu verringern oder die mechanische Belastbarkeit unter Beibehaltung des Gewichts zu erhöhen. Der Einsatz von Metallen oder Metalllegierung geringer Dichte erfordert aber zusätzliche konstruktive Maßnahmen um Steifigkeitsanforderungen zu erfüllen, da derartige Werkstoffe in der Regel neben der geringeren Dichte auch einen geringeren Elastizitätsmodul aufweisen.Brake calipers for use in motor vehicles are becoming increasingly demanding in terms of weight and mechanical strength. The reduced weight is one of the keys to lighter and more economical vehicles and also allows better driving dynamics, since the caliper is a unsprung mass when mounted on the wheel side of a motor vehicle. New designs, materials and manufacturing processes make it possible to reduce the weight of the caliper while maintaining its mechanical strength or to increase its mechanical strength while maintaining its weight. The use of metals or metal alloy low density but requires additional design measures to meet stiffness requirements, since such materials usually have in addition to the lower density and a lower modulus of elasticity.

Bremssättel für Scheibenbremssysteme unterliegen im Bremsbetrieb einer starken Biegebeanspruchung, die durch die Betriebskraft erzeugt wird. Der Bremssattelkörper kann sich im Bremsbetrieb aufgrund der hohen Biegebeanspruchung verziehen, wobei als Folge höherer Bremsbelagverschleiß, Rubbelgeräusche etc. entstehen können.Brake calipers for disc brake systems are subject in braking operation of a strong bending stress, which is generated by the operating force. The caliper body may warp in braking operation due to the high bending stress, which may result as a result of higher brake pad wear, scratching noise, etc.

Aus dem Stand der Technik ist der Einsatz von Verstärkungselementen im Bremssattelkörper, die formschlüssig mit dem Bremssattelkörper verbunden sind, bekannt, um die Beanspruchbarkeit zu erhöhen.From the prior art, the use of reinforcing elements in the caliper body, which are positively connected to the caliper body, known to increase the strength.

So wird in der DE 10 2008 038 035 A1 ein Bremssattel und ein dazugehöriges Herstellungsverfahren beschrieben. Dort liegt im Bremssattel eine skelettartige Versteifungsstruktur vor, die im den Bremssattelkörper eingegossen ist, so dass diese vollständig vom Bremssattelkörper umschlossen ist. Der Werkstoff des Bremssattelkörpers kann dabei ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung sein und der Werkstoff der Versteifungsstruktur beispielsweise eine Eisenlegierung oder ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff. Die Versteifungsstruktur wird dort vor dem Vergießen vorgewärmt und mittels Positionierungselementen in eine Gussform für den Bremssattelkörper eingelegt. Nach dem Abkühlen des Gusses ist es zudem vorgesehen, den Verbund von Bremssattelkörper und Versteifungselement durch ein geeignetes Nachverdichtungsverfahren wie etwa Schmieden oder Vakuumpressen zu verbessern. Die Verbindung von Bremssattelkörper und Versteifungselement bleibt dort aber rein formschlüssig.So will in the DE 10 2008 038 035 A1 a caliper and an associated manufacturing method described. There is a skeletal stiffening structure in the caliper, which is cast in the caliper body, so that it is completely enclosed by the caliper body. The material of the caliper body may be a light metal or a light metal alloy and the material of the stiffening structure, for example, an iron alloy or a metal matrix composite material. The stiffening structure is preheated there before pouring and inserted by means of positioning elements in a mold for the caliper body. Upon cooling of the casting, it is also intended to improve the composite of caliper body and stiffener by a suitable recompression process such as forging or vacuum pressing. The connection of caliper body and stiffening element remains there but purely positive.

Aus der DE 19647999 ist ein Bremssattel mit Versteifungselement bekannt, der über ein außerhalb des Bremssattelkörpers liegendes Versteifungselement verfügt. Das Versteifungselement ist dort mittels eines Formschlusses, mittels eines lösbaren Verbindungselements oder stoffschlüssig mit diesem verbunden.From the DE 19647999 a caliper with stiffening element is known, which has a lying outside of the caliper body stiffening element. The stiffening element is there by means of a positive connection, by means of a releasable connection element or materially connected thereto.

Die US 6719104 B1 beschreibt einen Bremssattel, ausgeführt als Festsattel mit 4 Bremskolben, der zur Versteifung über ein C-förmiges Versteifungselement verfügt. Das Versteifungselement verbindet dort zwei in Benutzungsanordnung auf gegenüberliegenden Seiten einer Bremsscheibe vorliegende Bremssattelkörperhälften. Das Versteifungselement ist dort beispielsweise mit einer lösbaren Verbindung, etwa einer Schraubverbindung mit dem Bremssattelkörper verbunden.The US Pat. No. 6,719,104 B1 describes a caliper, designed as a fixed caliper with 4 brake pistons, which has to stiffen a C-shaped stiffening element. The stiffening element connects there two present in use arrangement on opposite sides of a brake caliper body halves. The stiffening element is connected there, for example, with a releasable connection, such as a screw with the caliper body.

Ferner offenbart die DE 19837781 A1 einen Bremssattel für ein Scheibenbremssystem, ausgeführt als Faustsattel, der aus einer faserverstärkten Leichtmetalllegierung herstellbar ist oder über ein auf die Oberfläche des Bremssattelkörpers in Bereichen mit hoher Biegebeanspruchung aufgelegtes Versteifungselement verfügt.Further, the DE 19837781 A1 a caliper for a disc brake system, designed as a caliper, which is made of a fiber-reinforced light metal alloy or has a placed on the surface of the caliper body in areas of high bending stress stiffening element.

Aus der DE 4430957 A1 ist ein Bremssattel für ein hydraulisches Scheibenbremssystem bekannt, der zu großen Teilen aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff, etwa einer keramikpartikelverstärkten Metalllegierung, besteht. Dort ist vorgesehen, Bereiche des Bremssattels, die nach dem Guss eine Nachbearbeitung erfordern, aus einem leicht bearbeitbaren Werkstoff herzustellen und mittels eines geeigneten Fügeverfahrens mit diesem zu verbinden.From the DE 4430957 A1 For example, a brake caliper for a hydraulic disc brake system is known that consists, for the most part, of a metal matrix composite, such as a ceramic particle reinforced metal alloy. There is provided areas of the caliper, which require post-processing after casting to produce from an easily workable material and to connect by means of a suitable joining method with this.

In der WO 2004018718 werden allgemeine Gegenstände aus einem Metall-Metallmatrix Verbund und ein Verfahren zu deren Herstellung beschrieben.In the WO 2004018718 For example, general metal-metal matrix composite articles and a method of making the same are described.

Die US 5433300 offenbart einen Bremssattel und ein Verfahren zu dessen Herstellung, der einen Bremssattelkörper und ein eingebettetes Versteifungselement aus einer honigwabenartigen Struktur aufweist. Der Bremssattelkörper besteht hierbei aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung und das honigwabenartige Versteifungselement aus Keramik. Der Bremssattelkörper wird mittels eines Druckgussverfahrens hergestellt, das es erlaubt, die Versteifungsstruktur einzugießen und die Poren der „Honigwabe” zu füllen.The US 5433300 discloses a caliper and a method of manufacturing the same having a caliper body and an embedded stiffening member of honeycomb-like structure. The caliper body consists of a light metal or a light metal alloy and the honeycomb-like stiffening element made of ceramic. The caliper body is manufactured by means of a die casting process that allows to infuse the stiffening structure and to fill the pores of the "honeycomb".

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten versteiften Hochleistungs-Bremssattel zu schaffen, der die Steifigkeit des Bremssattels in den bezüglich einer Benutzungsanordnung relevanten Bereichen erhöht. Ferner ergibt sich die Aufgabe der Bereitstellung eines entsprechenden Verfahrens für die Fertigung solcher verbesserter Bremssättel.Based on this prior art, it is an object of the present invention, an improved stiffened high-performance caliper to provide that increases the stiffness of the caliper in the relevant with respect to a use arrangement areas. Furthermore, the object of providing a corresponding method for the production of such improved calipers results.

Diese Aufgabe wird durch einen Bremssattel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.This object is achieved by a caliper with the features of claim 1 and by a method having the features of claim 9. Further developments are set forth in the subclaims.

Eine erste Ausführungsform bezieht sich auf einen Bremssattel für Scheibenbremssysteme, der zumindest einen Bremssattelkörper mit zumindest einem darin formschlüssig eingebetteten Versteifungselement aufweist. Das Versteifungselement ist in den Bremssattelkörper formschlüssig eingebettet und zumindest entlang eines Teils seiner Grenzfläche stoffschlüssig mit dem Bremssattelkörper verbunden. Das stoffschlüssige Einbetten des Versteifungselements in den Bremssattelkörper ermöglicht eine gute Kraftleitung vom Bremssattelkörper in das Versteifungselement und mindert die Korrosionsanfälligkeit des Versteifungselements, da dieses eingebettet vorliegt. Da kein Schlupf zwischen Versteifungselement und Bremssattelkörper auftritt, besteht zudem keine Gefahr von Tribokorrosion. Ferner tritt, da das Verstärkungselement komplett in den Bremssattelkörper eingebettet ist, keine Kerbwirkung auf.A first embodiment relates to a caliper for disc brake systems, which has at least one caliper body with at least one rigidly embedded therein stiffening element. The stiffening element is embedded in a form-fitting manner in the caliper body and connected in a material-locking manner to the caliper body at least along part of its boundary surface. The cohesive embedding of the stiffening element in the caliper body allows a good power line from the caliper body in the stiffening element and reduces the susceptibility to corrosion of the stiffening element, since this is present embedded. Since no slip between the stiffening element and caliper body occurs, there is also no risk of Tribokorrosion. Further, since the reinforcing member is completely embedded in the caliper body, there is no notch effect.

Das Versteifungselement kann mittels eines thermischen Fügeverfahrens mit dem Bremssattelkörper verbunden werden. Unter einem thermischen Fügeverfahren wird hierbei etwa Schweißen, beispielsweise per Laser- oder Elektronenstrahl und/oder gegebenenfalls sogar Löten bzw. Vakuumlöten, jeweils mit oder ohne Zusatzstoff, verstanden. Die genannten Fügeverfahren gewährleisten, dass an der Fuge keine Gefügeänderung auftritt und dass die Wärmeeinwirkung auf den unmittelbaren Bereich um die Grenzfläche beschränkt bleibt.The stiffening element can be connected by means of a thermal joining method with the caliper body. In this case, a thermal joining process is understood to mean, for example, welding, for example by laser or electron beam and / or optionally even soldering or vacuum brazing, in each case with or without additive. The joining methods mentioned ensure that no structural change occurs at the joint and that the effect of heat is limited to the immediate area around the boundary surface.

Der Bremssattel kann sowohl als Bremssattel für mechanische- als auch als Bremssattel für hydraulische Scheibenbremssysteme ausgeführt sein. Handelt es sich um einen Bremssattel für hydraulische Scheibenbremssysteme, so weist der erfindungsgemäße Bremssattel zusätzlich eine Bohrung zur Aufnahme eines Bremskolbens, einen darin eingeführten Bremskolben, einen Anschluss zum Einleiten eines Arbeitsmediums und eine Entlüftungsvorrichtung auf. Der Fachmann kennt derartige Ausgestaltungen und ergänzt entsprechend.The caliper can be designed both as a caliper for mechanical and as a caliper for hydraulic disc brake systems. If it is a brake caliper for hydraulic disc brake systems, the caliper according to the invention additionally has a bore for receiving a brake piston, a brake piston inserted therein, a connection for introducing a working fluid and a ventilation device. The person skilled in the art knows such embodiments and supplements accordingly.

Ferner kann der erfindungsgemäße Bremssattel sowohl als Festsattel als auch als Faustsattel ausgebildet sein.Furthermore, the caliper according to the invention may be designed both as a fixed caliper and as a caliper.

Das Versteifungselement ist erfindungsgemäß so im Bremssattelkörper angeordnet, dass es die Biegesteifigkeit des Bremssattelkörpers in Bezug auf die Krafteinleitung in einer Benutzungsanordnung erhöht. Unter einer Betriebskraft unterliegt der Bremssattelkörper einer starken Biegebeanspruchung. Durch den Einsatz von Versteifungselementen kann die durch die Biegebeanspruchung hervorgerufene Dehnung reduziert werden. Geringere Dehnung im Bremssattelkörper bedeutet weniger bzw. gleichmäßigeren Bremsbelagverschleiß und erhöhten Bremskomfort, da Bremsenrubbeln reduziert wird. Darüber hinaus wird der Verschleiß der Reibfläche, hier der Bremsscheibe, homogenisiert. Bei einem hydraulischen Bremssystem führt eine starke Dehnung des Bremssattelkörpers zu einer erhöhten Volumenaufnahme des Bremszylinders, was sowohl ein „schlechtes” Pedalgefühl bedeuten als auch den Einsatz eines höhervolumigen Hauptbremszylinders erfordern kann.The stiffening element according to the invention is arranged in the caliper body such that it increases the bending stiffness of the caliper body in relation to the introduction of force in a use arrangement. Under an operating force, the caliper body undergoes a severe bending stress. Through the use of stiffening elements, the strain caused by the bending stress can be reduced. Lower elongation in the caliper body means less or more consistent brake pad wear and increased brake comfort as brake friction is reduced. In addition, the wear of the friction surface, here the brake disc, homogenized. In a hydraulic brake system, a high elongation of the caliper body leads to increased volume of the brake cylinder, which may mean both a "bad" pedal feel and may require the use of a higher volume master cylinder.

Der Bremssattelkörper kann aus einer Eisen- oder Nichteisenmetall-Legierung, etwa einer Aluminiumlegierung, mit einem Elastizitätsmodul in einem Bereich von 60 bis 100 GPa bestehen. Bevorzugt kann der E-Modul in einem Bereich von 70 bis 90 GPa, besonders bevorzugt bei 80 GPa liegen. Derartige Aluminiumlegierungen weisen in der Regel eine signifikant niedrigere Dichte als Bremssättel aus Stahl oder Gusseisen auf und tragen so zu einer Reduktion des Fahrzeuggewichts und einer Reduktion der ungefederten Massen bei, was die Fahrdynamik positiv beeinflusst.The caliper body may be made of an iron or non-ferrous metal alloy, such as an aluminum alloy, having a modulus of elasticity in a range of 60 to 100 GPa. Preferably, the modulus of elasticity may be in a range of 70 to 90 GPa, more preferably 80 GPa. Such aluminum alloys generally have a significantly lower density than brake calipers made of steel or cast iron and thus contribute to a reduction of the vehicle weight and a reduction of the unsprung masses, which positively influences the driving dynamics.

Metalle oder Metalllegierungen geringer Dichte weisen in der Regel aber auch einen geringeren Elastizitätsmodul auf als herkömmliche Werkstoffe für Bremssättel wie etwa Stahl oder Gusseisen. Soll das Gesamtgewicht des Bremssattels bei gleichbleibender Steifigkeit und ähnlichen Abmessungen reduziert werden, so ist der Einsatz von Versteifungselementen oft unerlässlich. Die Versteifungselemente bestehen erfindungsgemäß aus einem Werkstoff dessen Elastizitätsmodul höher ist als der Elastizitätsmodul des Werkstoffs aus dem der Bremssattelkörper besteht. Erfindungsgemäß beträgt der Elastizitätsmodul des Werkstoffs des Versteifungselements minimal 110 GPa.However, metals or low density metal alloys typically also have a lower modulus of elasticity than conventional brake caliper materials such as steel or cast iron. If the total weight of the caliper is to be reduced while maintaining the same rigidity and similar dimensions, then the use of stiffening elements is often essential. According to the invention, the stiffening elements consist of a material whose modulus of elasticity is higher than the modulus of elasticity of the material of which the caliper body consists. According to the invention, the modulus of elasticity of the material of the stiffening element is a minimum of 110 GPa.

Der Werkstoff, aus dem das Versteifungselement besteht kann ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff sein, etwa eine partikel- oder faserverstärkte Eisen- oder Nichteisenmetall-Legierung. Es ist erfindungsgemäß möglich, dass das Versteifungselement aus einer sprühkompaktierten Aluminiumbasislegierung mit mindestens 30% Siliziumkarbid-Partikelverstärkung besteht.The material of which the stiffening element is made may be a metal matrix composite, such as a particulate or fiber reinforced iron or non-ferrous metal alloy. It is possible according to the invention for the stiffening element to consist of a spray-compacted aluminum-based alloy with at least 30% silicon carbide particle reinforcement.

Handelt es sich bei dem Werkstoff aus dem das Versteifungselement hergestellt ist um einen faserverstärkten Metallmatrix-Verbundwerkstoff, so ist es vorteilhaft, die Fasern parallel zur vorherrschenden Kraftflussrichtung auszurichten. Vor allem der Bereich des Bremssattelkörpers, in dem infolge der Biegebeanspruchung Zugspannungen vorliegen wird so wirksam versteift. Dies wirkt einer möglichen Rissbildung entgegen und verringert die durch Biegebeanspruchung induzierte Dehnung.Is it the material from which the stiffening element is made by one fiber-reinforced metal matrix composite, it is advantageous to align the fibers parallel to the prevailing direction of force flow. Especially the area of the caliper body in which tensile stresses are present as a result of the bending stress is stiffened so effectively. This counteracts possible cracking and reduces flexural stress induced strain.

Das Versteifungselement ist erfindungsgemäß plattenförmig, d. h. seine Dicke ist gering gegenüber seiner Länge bzw. Höhe. Ein erfindungsgemäßes Versteifungselement kann eine Dicke von 1,5 bis 8 mm aufweisen; vorteilhaft liegt die Dicke bei üblichen Bremssätteln für Kraftfahrzeuge aus einer Leichmetalllegierung bei 1,5 bis 3 mm. Werden plattenförmige Versteifungselemente kraftflussgerecht eingesetzt, so bieten sie den Vorteil, dass bei geringem Materialeinsatz eine hohe Versteifung möglich ist, da das Flächenträgheitsmoment des Versteifungselements bezüglich der Biegung in einer Benutzungsanordnung kubisch von der Höhe aber nur linear von der Dicke der „Platte” abhängt.The stiffening element according to the invention is plate-shaped, d. H. its thickness is small compared to its length or height. A stiffening element according to the invention may have a thickness of 1.5 to 8 mm; Advantageously, the thickness is in conventional calipers for motor vehicles made of a light metal alloy at 1.5 to 3 mm. If plate-shaped stiffening elements are used in accordance with the flow of force, they offer the advantage that high stiffening is possible with little use of material, since the area moment of inertia of the stiffening element with respect to the bend in a use arrangement depends cubically on the height but only linearly on the thickness of the "plate".

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des beschriebenen Bremssattels umfasst folgende Schritte:

  • a) Bereitstellen des Versteifungselements und einer Gussform für den Bremssattelkörper,
  • b) Einlegen des Versteifungselements in die Gussform,
  • c) Gießen einer schmelzflüssigen Metalllegierung in die Gussform,
  • d) Abkühlen des Gusses, wobei eine Schrumpfung von Bremssattelkörper und Versteifungselement auftritt
  • e) Einbringen thermischer Energie in die Grenzfläche zwischen dem Bremssattelkörper und dem Versteifungselement und partiell stoffschlüssig verbinden Lassen des Bremssattels und des Versteifungselements zumindest entlang eines Teiles seiner Grenzfläche.
The inventive method for producing the brake caliper described comprises the following steps:
  • a) providing the stiffening element and a casting mold for the caliper body,
  • b) inserting the stiffening element into the casting mold,
  • c) pouring a molten metal alloy into the mold,
  • d) cooling the casting, whereby a shrinkage of caliper body and stiffening element occurs
  • e) introducing thermal energy in the interface between the caliper body and the stiffening element and partially cohesively connect the caliper and the stiffening element at least along a part of its interface.

Bei der Abkühlung schrumpft sowohl der Bremssattelkörper als auch das Versteifungselement. Der Bremssattelkörper schrumpft dabei stärker als das Versteifungselement, d. h., nach dem Erstarren liegen im Versteifungselement Druckeigenspannungen vor. Die Druckeigenspannungen sind bei biegungsinduziert auftretenden Zugspannungen, wie etwa im Bremsbetrieb, vorteilhaft.Upon cooling, both the caliper body and the stiffener shrink. The caliper body shrinks more than the stiffening element, d. h., After solidification are located in the stiffening element compressive stresses. The compressive residual stresses are advantageous in bending-induced tensile stresses, such as in braking operation.

Das beschriebene Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass es in wichtigen Schritten dem aus der Großserienfertigung bekannten Herstellverfahren für herkömmliche, d. h. unverstärkte, Bremssättel entspricht. Der erfindungsgemäße Bremssattel lässt sich mittels des beschriebenen Verfahrens sehr kostengünstig herstellen, da nur wenige Verfahrensschritte zusätzlich ausgeführt werden und die gleichen Maschinen und Werkzeuge verwendet werden. Die Versteifungselemente können, da sie plattenförmig ausgeführt sind, einfach und kostengünstig mittels eines geeigneten Trennverfahrens, etwa Stanzen oder Laserschneiden, aus Bandmaterial heraus getrennt werden. Da das Verfahren eine Adaption eines in der Großserie erprobten Fertigungsverfahrens darstellt, sind kurze Taktzeiten und damit die Fertigung von großen Stückzahlen möglich.The production method described has the advantage that it in important steps known from the mass production manufacturing process for conventional, d. H. unreinforced, calipers corresponds. The caliper according to the invention can be produced very inexpensively by means of the described method, since only a few method steps are additionally carried out and the same machines and tools are used. The stiffening elements, since they are made plate-shaped, can be easily and inexpensively separated by means of a suitable separation process, such as punching or laser cutting, out of strip material. Since the process represents an adaptation of a mass production proven manufacturing process, short cycle times and thus the production of large quantities are possible.

Die Wärme zum thermischen Fügen von Versteifungselement und Bremssattelkörper wird etwa über einen Laser- oder Elektronenstrahl bereitgestellt. Dies ist vorteilhaft, da der Wärmeeinfluss so auf die unmittelbare Kontaktzone beschränkt bleibt. Bei einer weiträumigeren Wärmeeinwirkung bzw. Aufschmelzung des Werkstoffes besteht die Gefahr von Gefügeveränderungen und, dass eventuell während der Auslegungsrechnung getroffene Vereinfachungen ungültig werden.The heat for the thermal joining of stiffening element and caliper body is provided approximately via a laser or electron beam. This is advantageous because the influence of heat is limited to the immediate contact zone. With a more extensive heat or melting of the material there is a risk of structural changes and that any simplifications made during the design calculation become invalid.

Ferner ist keine Nachbehandlung der Fügenaht notwendig, da das Fügeverfahren in einem geschlossenen Körper stattfindet. Dies erübrigt auch zusätzliche Maßnahmen zum Korrosionsschutz.Furthermore, no subsequent treatment of the joint seam is necessary because the joining process takes place in a closed body. This also eliminates additional measures for corrosion protection.

Darüber hinaus können zusätzlich folgende Schritte ausgeführt werden. Dabei werden zwischen Schritt a) und b) zusätzlich die Schritte

  • a') Egalisieren einer auf der Oberfläche des Versteifungselements vorliegenden Oxidschicht, bevorzugt durch mechanisches oder chemisches Aktivieren
  • a'') Aufheizen des Versteifungselements auf 500 bis 560°C, bevorzugt 530°C, ausgeführt und wobei bevorzugt nach Schritt b) zusätzlich der Schritt
  • b') prozesssicheres Positionieren des Versteifungselements in der Gussform mittels einer Positionierungshilfe
ausgeführt.In addition, the following additional steps can be performed. In this case, between steps a) and b) additionally the steps
  • a ') leveling of an oxide layer present on the surface of the stiffening element, preferably by mechanical or chemical activation
  • a '') heating of the stiffening element to 500 to 560 ° C, preferably 530 ° C, carried out and wherein preferably after step b) additionally the step
  • b ') process-reliable positioning of the stiffening element in the casting mold by means of a positioning aid
executed.

Es ist wichtig, die auf der Oberfläche des Verstärkungselements vorliegende Oxidhaut zu Egalisieren bzw. zu „brechen”, da dadurch die stoffschlüssige Verbindung in guter Qualität und mit hoher Homogenität hergestellt werden kann. Dies wirkt sich wiederum positiv auf die Gleichförmigkeit der Spannungsverteilung in der Kontaktzone von Verstärkungselement und Bremssattelkörper aus.It is important to equalize or "break" the oxide skin present on the surface of the reinforcing element, since this can produce the cohesive bond in good quality and with high homogeneity. This in turn has a positive effect on the uniformity of the stress distribution in the contact zone of the reinforcing element and the caliper body.

Die genaue Temperatur, auf die das Verstärkungselement vorgeheizt wird hängt vom verwendeten Werkstoff des Bremssattelkörpers, vom Werkstoff des Versteifungselements und von der Größenordnung der zu erzeugenden Druckspannungen im Versteifungselement ab.The exact temperature to which the reinforcing element is preheated depends on the material used for the caliper body, the material of the stiffening element and the magnitude of the compressive stresses to be generated in the stiffening element.

An der Gussform sind zum Positionieren des Versteifungselements keine Änderungen vorzunehmen. Es werden zur Ausrichtung und prozesssicheren Positionierung des Versteifungsselements lediglich geeignete Abstandshalter in die Form eingelegt.There are no changes to the mold for positioning the stiffener make. Only suitable spacers are inserted into the mold for alignment and reliable positioning of the stiffening element.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitende Figur dargelegt. Der Bezug auf die Figur in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.These and other advantages will be set forth by the following description with reference to the accompanying figure. The reference to the figure in the description is to aid in the description and understanding of the subject matter. Articles or parts of objects which are substantially the same or similar may be given the same reference numerals. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.

Dabei zeigt:Showing:

1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Bremssattels, ausgeführt als Faustsattel, mit Vollschnitt durch ein Versteifungselement 1 a perspective view of the caliper according to the invention, designed as a caliper, with a full section through a stiffening element

In 1 ist ein erfindungsgemäßer Bremssattel 1, ausgeführt als Faustsattel dargestellt.In 1 is an inventive caliper 1 , shown executed as Faustsattel.

Der Bremssattel 1 ist im Vollschnitt, definiert durch eine durch ein Versteifungselement 3 verlaufende Ebene dargestellt. Der dort dargestellte Bremssattel 1 ist ein Bremssattel 1 für ein hydraulisches Scheibenbremssystem. In den Bremssattelkörper 2 ist dabei eine Bohrung für einen Bremskolben 4 eingebracht, in die der Bremskolben 4 eingeführt ist. Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Bremssattel 1 eine Entlüftungseinrichtung 6 auf. Der Bremssattel 1 wird in Benutzungsanordnung mittels der Befestigungsmittel 7 etwa mit dem Achskörper eines Kraftfahrzeugs verbunden. Die Reibfläche einer Bremsscheibe befindet sich in Benutzungsanordnung zwischen zwei Wangen, die von der außerhalb des Bremssattelkörpers 2 liegenden Stirnfläche 5 des Bremskolbens 4 und von einer Fläche 5 des Bremssattelkörpers 2 gebildet werden. Die Betriebskraft wirkt im Bremsbetrieb normal zu den Wangen und verursacht eine Biegebeanspruchung im Bremssattelkörper 2, was zu Dehnung führt. Um die Dehnung klein zu halten, wird die Steifigkeit des Bremssattels 1 durch die Versteifungselemente 3 erhöht.The caliper 1 is in full section, defined by a through a stiffening element 3 running level shown. The caliper shown there 1 is a caliper 1 for a hydraulic disc brake system. In the caliper body 2 is a bore for a brake piston 4 introduced, in which the brake piston 4 is introduced. In addition, the caliper according to the invention 1 a venting device 6 on. The caliper 1 is in use arrangement by means of the fastening means 7 approximately connected to the axle body of a motor vehicle. The friction surface of a brake disc is in use arrangement between two cheeks, that of the outside of the caliper body 2 lying face 5 of the brake piston 4 and from a plane 5 of the caliper body 2 be formed. The operating force acts normal to the cheeks during braking and causes a bending stress in the caliper body 2 , which leads to stretching. To keep the elongation small, the stiffness of the caliper becomes 1 through the stiffening elements 3 elevated.

Die Versteifungselemente 3 sind aus einem Material gefertigt, dessen Elatizitätsmodul höher ist als der des Werkstoffs des Bremssattelkörpers 2. Die Versteifungselemente 3 sind plattenförmig ausgeführt, d. h. ihre Dicke ist klein gegenüber ihrer Länge bzw. Höhe. Die Versteifungselemente 3 sind ferner so im Bremssattelkörper ausgerichtet, dass sie die Biegesteifigkeit des Bremssattels signifikant erhöhen, d. h. so, dass ein hohes Flächenträgheitsmoment bezüglich der Biegeachse A-A vorliegt. Die Versteifungselemente 3 sind in den Bremssattelkörper 2 eingebettet und stoffschlüssig mit diesem verbunden. Dadurch wird eine gute Krafteinleitung vom Bremssattelkörper 2 in die Versteifungselemente 3 erreicht und die Versteifungselemente 3 sind vor Korrosion geschützt.The stiffening elements 3 are made of a material whose Elatizitätsmodul is higher than that of the material of the caliper body 2 , The stiffening elements 3 are made plate-shaped, ie their thickness is small compared to their length or height. The stiffening elements 3 are further aligned in the caliper body, that they significantly increase the flexural rigidity of the caliper, ie, so that a high moment of inertia with respect to the bending axis AA is present. The stiffening elements 3 are in the caliper body 2 embedded and materially connected to this. This will give a good force transmission from the caliper body 2 in the stiffening elements 3 achieved and the stiffening elements 3 are protected against corrosion.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Bremssattel (1) für Scheibenbremssysteme, der zumindest einen Bremssattelkörper (2) mit zumindest einem darin formschlüssig eingebetteten Versteifungselement (3), aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Bremssattelkörper (2) formschlüssig eingebettete Versteifungselement (3) zumindest entlang eines Teiles seiner Grenzfläche stoffschlüssig mit dem Bremssattelkörper (2) verbunden ist.Caliper ( 1 ) for disc brake systems comprising at least one caliper body ( 2 ) with at least one rigidly embedded therein stiffening element ( 3 ), characterized in that in the caliper body ( 2 ) form-locking embedded stiffening element ( 3 ) at least along a part of its interface cohesively with the caliper body ( 2 ) connected is. Bremssattel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung eine Schweißverbindung, bevorzugt eine Elektronenstrahl- oder eine Laserstrahl-Schweißverbindung ist.Caliper ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the cohesive connection is a welded joint, preferably an electron beam or a laser beam welded joint. Bremssattel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (3) so im Bremssattelkörper (2) angeordnet ist, dass es die Biegesteifigkeit des Bremssattelkörpers (2) in Bezug auf eine Biegeachse (A) in einer Benutzungsanordnung erhöht.Caliper ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the stiffening element ( 3 ) so in the caliper body ( 2 ) is arranged to increase the flexural rigidity of the caliper body ( 2 ) with respect to a bending axis (A) in a use arrangement. Bremssattel (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Bremssattelkörpers (2) eine Eisen- oder Nichteisenmetall-Legierung, bevorzugt eine Aluminiumlegierung, mit einem Elastizitätsmodul in einem Bereich von 60 bis 100 GPa, bevorzugt in einem Bereich von 70 bis 90 GPa, besonders bevorzugt 80 GPa ist.Caliper ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the material of the caliper body ( 2 ) is an iron or non-ferrous metal alloy, preferably an aluminum alloy, having a modulus of elasticity in a range of 60 to 100 GPa, preferably in a range of 70 to 90 GPa, more preferably 80 GPa. Bremssattel (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Versteifungselements (3) eine höhere Festigkeit als der Werkstoff des Bremssattelkörpers (2) aufweist, das Elastizitätsmodul aber nicht weniger als 110 GPa beträgtCaliper ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the material of the stiffening element ( 3 ) a higher strength than the material of the caliper body ( 2 ), but the elastic modulus is not less than 110 GPa Bremssattel (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (3) bevorzugt aus einer partikel- oder faserverstärkten Eisen- oder Nichteisenmetall-Legierung besteht, bevorzugt einer sprühkompaktierten Aluminiumbasislegierung mit mindestens 30% Siliziumkarbid-Partikelverstärkung.Caliper ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the stiffening element ( 3 ) preferably consists of a particle- or fiber-reinforced iron or non-ferrous metal alloy, preferably a spray-compacted aluminum-based alloy with at least 30% silicon carbide particle reinforcement. Bremssattel (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (3) aus einem faserverstärkten Eisen- oder Nichteisenmetall-Legierung besteht und die Fasern in Kraftflussrichtung ausgerichtet sind.Caliper ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the stiffening element ( 3 ) consists of a fiber-reinforced iron or non-ferrous metal alloy and the fibers are oriented in the direction of force flow. Bremssattel (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (3) eine gegenüber seiner Länge kleine Dicke aufweist, bevorzugt plattenförmig ist, und eine Dicke von 1,5 bis 8 mm aufweist, bevorzugt 1,5 bis 3 mm.Caliper ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the stiffening element ( 3 ) has a small thickness relative to its length, is preferably plate-shaped, and has a thickness of 1.5 to 8 mm, preferably 1.5 to 3 mm. Verfahren zur Herstellung des Bremssattels (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen des Versteifungselements (3) und einer Gussform für den Bremssattelkörper (2), b) Einlegen des Versteifungselements (3) in die Gussform, c) Gießen einer schmelzflüssigen Metalllegierung in die Gussform, d) Abkühlen des Gusses, wobei eine Schrumpfung von Bremssattelkörper (2) und Versteifungselement (3) auftritt, e) Einbringen thermischer Energie in die Grenzfläche zwischen dem Bremssattelkörper (2) und dem Versteifungselement (3) und partiell stoffschlüssig verbinden Lassen des Bremssattelkörpers (2) und des Versteilungselements (3) zumindest entlang eines Teiles seiner Grenzfläche.Method for producing the caliper ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 8, comprising the steps of: a) providing the stiffening element ( 3 ) and a mold for the caliper body ( 2 ), b) inserting the stiffening element ( 3 c) pouring a molten metal alloy into the casting mold, d) cooling the casting, whereby a shrinkage of caliper body ( 2 ) and stiffening element ( 3 e) introducing thermal energy into the interface between the caliper body ( 2 ) and the stiffening element ( 3 ) and partially cohesively allow the caliper body ( 2 ) and the steepening element ( 3 ) at least along a part of its interface. Verfahren nach Anspruch 9, wobei zwischen Schritt a) und b) zusätzlich die Schritte a') Egalisieren einer auf der Oberfläche des Versteifungselements (3) vorliegenden Oxidschicht, bevorzugt mechanisch oder chemisch und a'') Aufheizen des Versteifungselements (3) auf 500 bis 560°C, bevorzugt 530°C, ausgeführt werden und wobei bevorzugt nach Schritt b) zusätzlich der Schritt b') prozesssicheres Positionieren des Versteifungselements (3) in der Gussform mittels einer Positionierungshilfe ausgeführt wird.Method according to claim 9, wherein between steps a) and b) the steps a ') equalize one on the surface of the stiffening element ( 3 ) present oxide layer, preferably mechanically or chemically and a '') heating of the stiffening element ( 3 ) to 500 to 560 ° C, preferably 530 ° C, are carried out and wherein preferably after step b) additionally the step b ') process-reliable positioning of the stiffening element ( 3 ) is performed in the mold by means of a positioning aid.
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