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Die Erfindung betrifft einen Bremskörper für eine Bremse.
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Derartige Bremskörper sind beispielsweise in Form von Bremsscheiben für Scheibenbremsen oder Bremstrommeln für Trommelbremsen bekannt. Insbesondere Bremsscheiben für Scheibenbremsen von Kraftfahrzeugen haben teilweise die Neigung, beim Bremsen bei geringer Fahrgeschwindigkeit ein unangenehmes Quietschgeräusch zu erzeugen. Die Ursache für dieses Quietschen ist eine mechanische Unsymmetrie des Reibvorgangs zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe, welche Anfachungen von Eigenschwingungen erzeugt, die sich numerisch als negative Dämpfungen der jeweiligen Eigenfrequenzen darstellen lassen.
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In der
JP H08-219195 A ist eine Bremse beschrieben, bei der am Bremsbelag ein Schwingungstilger angebracht ist, der einen Massenkörper aufweist, der mittels eines elastischen Körpers an dem Bremsbelag angebracht ist.
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Die
DE 10 2014 101 487 A1 beschreibt einen als Bremsscheibe ausgebildeten Bremskörper für eine Bremse, der einen Schwingungstilger aufweist, der in einem Bereich zwischen zwei voneinander beabstandeten Scheiben der Bremsscheibe angeordnet ist.
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Eine ähnliche Bremsscheibe ist aus der
JP H07-167176 A bekannt. Hierbei ist ein Massenkörper mittels jeweiliger Federelemente zwischen zwei voneinander beabstandeten Scheiben der Bremsscheibe angeordnet.
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Einen Bremskörper in Form einer Bremstrommel beschreibt die
WO 2009/010873 A2 . An einer hinteren Platte der Bremstrommel ist ein Schwingungstilger vorgesehen, der mittels mehrerer Verbindungselemente mit der Platte verbunden sein kann.
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Aus der
US 2006/0266599 A1 ist ein weiterer Bremskörper für eine Bremse in Form einer Bremsscheibe bekannt. Dabei sind Bremsbeläge vorgesehen, an denen Schwingungstilger angeordnet sind.
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Die
DE 10 2010 015 880 A1 beschreibt eine Bremsscheibe für eine Bremse, bei der an jeweiligen, zwischen zwei Scheiben der Bremsscheibe angeordneten Speichen als Massendämpfer ausgebildete Schwingungstilger angeordnet sind.
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Aus dem Stand der Technik sind die unterschiedlichsten Anstrengungen zur Beseitigung oder zumindest Verringerung dieses Quietschens von Bremsscheiben bekannt, die jedoch allesamt nicht die gewünschte Wirkung zeigen. Hinzu kommt, dass die zunehmend sportliche, teilweise aber auch die energiesparende Auslegung von Kraftfahrzeugen dazu führt, dass sich das Quietschen der Bremsscheiben nicht vollständig verhindern lässt, beispielsweise weil es notwendig ist, härtere Bremsbeläge einzusetzen, um die gewünschte Bremswirkung zu erzielen. Auch ein höherer Bremsdruck, der zur Erzielung einer besseren Bremsleistung gewählt wird, erhöht diese Quietschneigung von Bremsscheiben, die insbesondere bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten problematisch ist, da sie in einem solchen Geschwindigkeitsbereich nicht von anderen Fahrzeuggeräuschen, wie beispielsweise Wind- oder Motorgeräuschen, übertönt wird.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bremskörper für eine Bremse zu schaffen, bei dem ein Quietschen verhindert oder zumindest stark verringert wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 bzw. 2 genannten Merkmale gelöst.
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Durch den erfindungsgemäßen Schwingungstilger, der vorteilhafterweise negative Dämpfungen beseitigt, können in dem Bremskörper auftretende axiale Schwingungen beseitigt oder zumindest reduziert werden, indem die Schwingungen von dem Tilger aufgenommen und damit getilgt werden. Dadurch können mit erfindungsgemäßen Bremskörpern ausgestattete Bremsen wesentlich schärfer als bislang ausgelegt werden und es sind auch höhere Bremsdrücke ohne Quietschen realisierbar, so dass höhere Bremsleistungen und damit kürzere Bremswege realisiert werden können.
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Da die Verformungsamplituden der Schwingungen quadratisch in die Lautstärke des durch die Schwingungen erzeugten Geräuschs eingehen, wirkt sich die Reduktion der Schwingungsamplitude noch sehr viel stärker in der Geräuschdämpfung aus. Des Weiteren ist eine Auslegung der Tilger so möglich, dass die das Quietschen erzeugenden negativen Dämpfungen verschwinden bzw. stark reduziert werden.
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Um den Platzbedarf des erfindungsgemäßen Bremskörpers nicht zu vergrößern, ist des Weiteren vorgesehen, dass der wenigstens eine Schwingungstilger in einem Hohlraum des Bremskörpers angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist der Bremskörper als Bremsscheibe ausgebildet, da gerade bei Scheibenbremsen das oben erläuterte Problem des Auftretens von Quietschgeräuschen häufiger zu beobachten ist.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schwingungstilger wenigstens einen Massenkörper und wenigstens ein Federelement zur Verbindung des wenigstens einen Massenkörpers mit dem Bremskörper aufweist. Dies stellt eine verhältnismäßig einfach zu realisierende Ausführungsform des Schwingungstilgers dar, wobei die unerwünschte Schwingung über das wenigstens eine Federelement in den Massenkörper eingeleitet und dort getilgt werden kann, indem der Massenkörper die Schwingung aufnimmt.
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In diesem Zusammenhang können bereits vorhandene Hohlräume zur Unterbringung des wenigstens einen Schwingungstilgers dadurch genutzt werden, dass der Hohlraum ein Kühlkanal der Bremsscheibe ist.
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Eine alternative Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 2.
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Dabei ist vorgesehen, dass der Schwingungstilger wenigstens eine Tilgerstange und wenigstens ein Verbindungselement zur Verbindung der wenigstens einen Tilgerstange mit dem Bremskörper aufweist. Eine solche Ausführungsform lässt sich relativ einfach realisieren, insbesondere was die Integration des Schwingungstilgers in einen Bremskörper anbelangt.
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Um mittels eines Schwingungstilgers mehrere unterschiedliche Frequenzen tilgen zu können, ist des Weiteren vorgesehen, dass mehrere Verbindungselemente vorgesehen sind, welche die wenigstens eine Tilgerstange so mit dem Bremskörper verbinden, dass die wenigstens eine Tilgerstange mehrere mittels der Verbindungselemente voneinander entkoppelte Abschnitte aufweist.
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Wenn das wenigstens eine Verbindungselement als Schraube ausgebildet ist, so ist zum einen eine leicht zu realisierende Ausführungsform des Verbindungselements gegeben und es ergibt sich zum anderen eine einfache Möglichkeit zur Verbindung des Verbindungselements mit dem Bremskörper.
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Um unterschiedliche Frequenzen dämpfen zu können, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass der Schwingungstilger auf bestimmte Schwingungsfrequenzen abstimmbar ist. Des Weiteren kann durch diese Abstimmbarkeit des Schwingungstilgers die Tilgerwirkung auf eine bestimmte, beispielsweise in Versuchen oder in Simulationen ermittelte Schwingungsfrequenz des Bremskörpers abgestimmt werden.
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Dabei lässt sich eine Vielzahl von Frequenzen dämpfen, wenn mehrere Schwingungstilger vorgesehen sind, welche auf unterschiedliche Schwingungsfrequenzen abgestimmt sind. Da sich über die Lebensdauer eines Bremskörpers, insbesondere einer Bremsscheibe, deren Schwingungsfrequenzen aufgrund der sich ändernden Geometrie ebenfalls ändern, ist bei einer solchen Ausführungsform gewährleistet, dass der Schwingungstilger zu jedem Zeitpunkt in der Lage ist, die jeweils auftretende das Quietschen erzeugende Schwingungsfrequenz zu dämpfen.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
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1 eine sehr schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bremskörpers mit einem in einem Hohlraum desselben untergebrachten Schwingungstilger;
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2 eine erste Ausführungsform eines in einem Hohlraum des Bremskörpers angeordneten Schwingungstilgers;
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3 eine zweite Ausführungsform eines in einem Hohlraum des Bremskörpers angeordneten Schwingungstilgers;
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4 ein Diagramm, in dem Amplituden von Schwingungsfrequenzen eines Bremskörpers mit und ohne Schwingungstilger über der Frequenz dargestellt sind;
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5 ein Diagramm, in dem die relative Dämpfung über der Drehzahl mit und ohne Schwingungsdämpfer dargestellt ist; und
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6 ein Diagramm, in dem mehrere Dämpfungen bei verschiedenen Frequenzen über der Drehzahl mit und ohne Schwingungsdämpfer dargestellt sind.
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1 zeigt in einer sehr schematischen Darstellung einen als Bremsscheibe 1a für eine in ihrer Gesamtheit nicht dargestellte Scheibenbremse ausgebildeten Bremskörper 1. Statt als Bremsscheibe 1a einer Scheibenbremse könnte der Bremskörper 1 auch als Bremstrommel einer Trommelbremse ausgebildet sein. Zur Erreichung einer Bremswirkung arbeitet der Bremskörper 1 in an sich bekannter Weise mit nicht dargestellten Bremsbelägen der Bremse zusammen. Da der Aufbau von Bremsscheiben an sich bekannt ist, wird nachfolgend nicht näher darauf eingegangen. Der Bremskörper 1 ist beispielsweise für die Bremse eines Kraftfahrzeugs geeignet, kann aber auch für eine Maschinenbremse oder ähnliches eingesetzt werden.
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Der Bremskörper 1 weist wenigstens einen mit dem Bremskörper 1 verbundenen Schwingungstilger 2 auf, der in 1 nur sehr schematisch angedeutet und in den 2 und 3 in verschiedenen Ausführungsformen detaillierter dargestellt ist. Der Schwingungstilger 2 ist bei den dargestellten Ausführungsformen der 1, 2 und 3 in einem Hohlraum 3 des Bremskörpers 1 angeordnet. Im vorliegenden Fall, der Ausführung des Bremskörpers 1 als Bremsscheibe 1a, handelt es sich bei dem Hohlraum 3 um einen Kühlkanal 3a der Bremsscheibe 1a.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform weist der Schwingungstilger 2 einen Massenkörper 4 und zwei zur Verbindung des Massenkörpers 4 mit dem Bremskörper 1 dienende Federelemente 5 auf. Die Federelemente 5 sind an einem Ende mit dem Massenkörper 4 und an dem anderen Ende mit dem Bremskörper 1 verbunden. Bei dieser Ausführungsform werden die in den Bremskörper 1 eingeleiteten Schwingungen über die Federelemente 5 auf den Massenkörper 4 übertragen und durch denselben getilgt bzw. erheblich reduziert. Dabei lässt sich durch die Steifigkeit und die Vorspannung der Federelemente 5 die Eigenfrequenz des gesamten Schwingungstilgers 2 einstellen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Bremskörper 1 jeweilige Bohrungen 6 auf, in denen ein Ende des jeweiligen Federelements 5 eingeführt ist, um die Verbindung der Federelemente 5 mit dem Bremskörper 1 zu realisieren. Beispielsweise können die Federelemente 5 in die Bohrungen 6 eingeklebt, eingeschraubt oder auf andere geeignete Art und Weise in den Bohrungen 6 befestigt werden. Wenn es sich bei der Bremsscheibe 1a um eine sogenannte gelochte Bremsscheibe handelt, können als die Bohrungen 6 zur Anbringung der Federelemente 5 die bereits vorhandenen, zur Kühlung dienenden Löcher der gelochten Bremsscheibe 1a verwendet werden. Andere Lagerungen in dem Bremskörper 1 sind ebenso möglich, beispielsweise über Klemmverbindungen oder ähnliches.
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Bei der Ausführungsform des Schwingungstilgers 2 gemäß 3 weist der Schwingungstilger 2 eine Tilgerstange 7 und mehrere die Tilgerstange 7 mit dem Bremskörper 1 verbindende Verbindungselemente 8 auf. Die Verbindungselemente 8, die wiederum in den Bohrungen 6 des Bremskörpers 1 angeordnet sind, können als Schrauben ausgebildet sein und so in die Bohrungen 6 eingeschraubt sein. Auch im Falle der Federelemente 5 gemäß 2 lassen sich an den dem Massenkörper 4 abgewandten Enden der Federelemente 5 entsprechende Schrauben anbringen, um die Federelemente 5 in die Bohrungen 6 einzuschrauben.
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In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel verbinden die Verbindungselemente 8 die Tilgerstange 7 so mit dem Bremskörper 1, dass die Tilgerstange 7 mehrere, durch die Verbindungselemente 8 voneinander abgekoppelte bzw. entkoppelte Abschnitte 7a, 7b und 7c aufweist. Dadurch lassen sich mit nur einem Schwingungstilger 2 mehrere Frequenzen tilgen, da je nach Länge der Abschnitte 7a, 7b und 7c unterschiedliche Frequenzen und damit Schwingungformen gedämpft werden. Die jeweiligen Längen der Abschnitte 7a, 7b und 7c zur Dämpfung einer bestimmten Schwingungsfrequenz können in einfacher Weise berechnet werden, weshalb hier nicht näher darauf eingegangen wird. Grundsätzlich könnte die Tilgerstange 7 dabei in Längsrichtung verschoben werden, so dass die Frequenzen, die mit dem Schwingungstilger 2 getilgt werden, auch eingestellt werden können. Gegebenenfalls ist eine solche Anpassung des Schwingungstilgers 2 an eine bestimmte Schwingungsfrequenz auch nachträglich, beispielsweise in einer Automobilwerkstatt, durchführbar. Eine solche Abstimmung des Schwingungstilgers 2 auf bestimmte Schwingungsfrequenzen ist grundsätzlich auch bei der in 2 dargestellten Ausführungsform möglich. Wenn der Bremskörper 1 mehrere Hohlräume 3, insbesondere mehrere Kühlkanäle 3a, aufweist, in denen jeweilige Schwingungstilger 2 angeordnet sind, so lassen sich mit mehreren Schwingungstilgern 2 eine Vielzahl von Frequenzen tilgen.
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Grundsätzlich ist es auch denkbar, in den Schwingungstilger 2 einen Sensor einzubauen, der die jeweils zu tilgende Schwingungsfrequenz oder gegebenenfalls auch mehrere zu tilgende Schwingungsfrequenzen erfasst, und den Sensor mit einer Verstelleinrichtung zum Abstimmen des Schwingungstilgers zu koppeln, um so eine aktive Regelung der Schwingungsdämpfung des Bremskörpers 1 zu erreichen.
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Im Falle einer Bremsscheibe 1a, die keine Kühlkanäle 3a aufweist, können auch entsprechende Schlitze oder ähnliches zur Bildung der Hohlräume 3 eingebracht werden, um den wenigstens einen Schwingungstilger 2 innerhalb der Bremsscheibe 1a unterzubringen. Gleiches gilt selbstverständlich auch für eine Ausführungsform des Bremskörpers 1 als Bremstrommel. Gegebenenfalls ist auch eine Anbringung des Schwingungstilgers 2 an der Außenseite des Bremskörpers 1 denkbar.
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Sämtliche Bauteile des Schwingungstilgers 2, also der Massenkörper 4 und die Federelemente 5 bzw. die Tilgerstange 7 und die Verbindungselemente 8, können beispielsweise aus Stahl bestehen. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Materialien geeignet, beispielsweise wenn es sich bei der Bremsscheibe 1a um eine Keramik-Bremsscheibe handelt. Gegebenenfalls können auch Fasermaterialien, wie beispielsweise Kohlefaser, für den Schwingungstilger 2 verwendet werden.
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Eventuell durch die Schwingungstilger 2 entstehende Unwuchten können bei dem Bremskörper 1 durch ein entsprechendes Auswuchten ausgeglichen werden. Des Weiteren können mehrere Schwingungstilger 2 so gegenüber dem Bremskörper 1 angeordnet werden, dass möglichst geringe Unwuchten entstehen.
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Grundsätzlich ist es auch denkbar, Kraftfahrzeuge bzw. Maschinen oder ähnliches mit ”normalen” Bremskörpern auszustatten und nur im Falle des Auftretens von Quietschgeräuschen den erfindungsgemäßen Bremskörper 1 einzusetzen.
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In dem Diagramm von 4 ist der Verlauf zweier Schwingungsamplituden in mm über der Schwingungsfrequenz in Hz aufgetragen. Die gestrichelte Linie zeigt dabei die Amplitude eines Bremskörpers 1 ohne den Schwingungstilger 2, wohingegen die durchgezogene Linie die Amplitude des Bremskörpers 1 mit dem Schwingungstilger 2 darstellt. Dabei ist erkennbar, dass insbesondere bei einer Frequenz von ca. 1400 Hz, bei der ohne den Schwingungstilger 2 eine sehr hohe Schwingungsamplitude auftritt, mit dem Schwingungstilger 2 die Amplitude stark verringert werden kann. Selbstverständlich ist das in 4 dargestellte Diagramm nur als Beispiel anzusehen, und es können sich bei anderen Bremskörpern bzw. anderen Schwingungstilgern vollkommen andere Werte ergeben.
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Dasselbe gilt auch für das Diagramm in 5, in dem die Dämpfung über der Drehzahl eines mit dem Bremskörper 1 ausgestatteten Fahrzeugrads dargestellt ist. Mittels der gestrichelten Linie ist die relative Dämpfung bei einem Bremskörper 1 ohne den Schwingungstilger 2 dargestellt, wohingegen die durchgezogene Linie die Dämpfung bei einem Bremskörper 1 mit dem Schwingungstilger 2 zeigt. Es ist zu erkennen, dass bei bestimmten Raddrehzahlen eine negative Dämpfung auftritt, die zu den oben beschriebenen, problematischen Quietschgeräuschen führt. Demgegenüber ergibt sich beim Einsatz des Schwingungstilgers 2 eine stark verbesserte, über den gesamten Drehzahlbereich positive Dämpfung.
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In dem Diagramm von 6 sind die Dämpfungen verschiedener quietschrelevanter Eigenformen wiederum über der Drehfrequenz eines mit dem Bremskörper 1 ausgestatteten Fahrzeugrads dargestellt. Wie bei dem Diagramm von 5 zeigen die gestrichelten Linien die Dämpfung bei einem Bremskörper 1 ohne den Schwingungstilger 2, wohingegen die durchgezogenen Linien die Dämpfung bei einem Bremskörper 1 mit dem Schwingungstilger 2 darstellen. Die Linien sind jeweils paarweise mit den Bezugszeichen A, B, C und D bezeichnet und es ist insbesondere bei der mit ”D” bezeichneten, im vorliegenden Fall zu einer Frequenz von 790 Hz gehörenden Linie zu erkennen, dass aus der negativen Dämpfung ohne den Schwingungstilger 2 eine positive Dämpfung mit dem Schwingungstilger 2 wird. Auch bei der mit ”C” bezeichneten Linie einer Dämpfung bei einer Frequenz von 1600 Hz konnte eine teilweise negative Dämpfung über den gesamten Drehzahlbereich in den positiven Dämpfungsbereich gebracht werden.
