DE102014112661B4

DE102014112661B4 - Scheibenbremse

Info

Publication number: DE102014112661B4
Application number: DE102014112661.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Hacklberger
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2034-09-04
Also published as: DE102014112661A1

Abstract

Scheibenbremse (1) mit einem Bremssattel (2), der ein Gehäuse (3) zur Aufnahme einer Zuspannmechanik, mehrere Zugstreben (6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b) und eine reaktionsseitige Sattelwange (4) aufweist, wobei die Sattelwange (4) eine Kontaktfläche (5) aufweist, an der die Bremsbeläge beim Zuspannen der Scheibenbremse (1) reaktionsseitig abgestützt sind, und wobei das Gehäuse (3) und die Sattelwange (4) durch die Zugstreben (6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b) zu dem Bremssattel (2) zusammengefügt sind, wobei eine Gruppe der Zugstreben (6a, 8a bzw. 6b, 8b) durch einen Kraftschluss mit dem Gehäuse (3) und der Sattelwange (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine andere Gruppe der Zugstreben (7a, 7b) durch einen Formschluss mit dem Gehäuse (3) und der Sattelwange (4) verbunden ist, und dass die Formschlussverbindung nach Montage aller Bauteile (3, 4, 6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b) zum Bremssattel (2) spannungsfrei ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibenbremse für Fahrzeuge, insbesondere für Nutzfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Scheibenbremsen sind aus dem Stand der Technik bekannt und haben sich in der Praxis hervorragend bewährt. Üblicherweise sind solche Scheibenbremsen mit einem einstückigen Bremssattel ausgestattet, der einen gehäuseartigen Abschnitt sowie einen rahmenartigen Abschnitt aufweist. Der gehäuseartige Abschnitt des Bremssattels nimmt üblicherweise eine fluidisch oder elektromechanisch aktuierte Zuspannmechanik der Scheibenbremse auf. Der rahmenseitige Abschnitt umspannt einen Abschnitt einer Scheibenbremse und bildet so einen geschlossenen Rahmen, der die Zuspannkräfte der Scheibenbremse aufnimmt. Üblicherweise ist ein solcher Bremssattel nach dem Stand der Technik einstückig aus Gusseisen mit Kugelgraphit bzw. Sphäroguss durch ein Sandgießverfahren mit verlorener Form hergestellt. Eine solche Scheibenbremse wird z. B. in der DE 37 16 202 A1 gezeigt.
Nutzfahrzeugbremsen unterliegen – wie alle Bauteile im Fahrwerkbereich von Nutzfahrzeugen – einem starken Optimierungsdruck insbesondere in Hinsicht auf das Bauteilgewicht, da die Reduzierung des Gewichts zum einen die mögliche Nutzlast des Fahrzeugs erhöht und zum anderen die Reduzierung der nichtgefederten Massen im Fahrwerkbereich zur Ladungsschonung und zur Verbesserung der Fahrdynamik des Fahrzeugs und damit zur Fahrsicherheit beiträgt.
Da die zur Verfügung stehenden Bauräume insbesondere für den rahmenartigen Abschnitt des Bremssattels einer Scheibenbremse für ein Nutzfahrzeug eng begrenzt ist, sind den Optimierungsmöglichkeiten insbesondere im rahmenartigen Abschnitt des Bremssattels durch das Sandgießverfahren und durch die dafür in Frage kommenden Werkstoffe relativ enge Grenzen gesetzt. Insofern erscheint ein hinsichtlich der Werkstoffwahl hybrider Aufbau eines Bremssattels ein erfolgversprechender Optimierungsansatz zu sein.
So wird in der DE 196 42 384 A1 eine druckluftbetätigte Scheibenbremse vorgestellt, bei der der Bremssattel nach Art eines ringsum geschlossenen Rahmens ausgebildet ist, der die Zuspannkräfte aufnimmt. Ein Modulkörper nimmt die Zuspannmechanik der Scheibenbremse auf und ermöglicht deren Vormontage. Der geschlossene Rahmen wird durch einen Umformprozess aus Blech hergestellt.
In der DE 10 2012 008 003 A1 wird eine Scheibenbremse offenbart, bei der der Bremssattel reaktionsseitig einen Sattelrahmen aus einem umgeformten Stahl-Hohlprofil zum Übertragen der Zuspannkraft auf die Bremsbeläge aufweist. Die Befestigung des Sattelrahmens an ein Gehäuse, das die Zuspannmechanik der Scheibenbremse aufnimmt, erfolgt entweder formschlüssig-stoffschlüssig oder rein stoffschlüssig durch Schweißen oder kraftschlüssig durch Verschrauben.
Nachteilig bei den beiden Scheibenbremsen mit Bremssattel in werkstofflicher Hybridbauweise ist jeweils das mit einem erheblichen fertigungstechnischen Aufwand und damit kostenintensiv herzustellenden Rahmenprofil aus Stahl, bzw. bügelförmige Sattelrahmen aus Stahl, der z. B. im Falle der DE 10 2012 008 003 A1 durch einen Stauchprozess zur Massenvorverteilung, einem Biegeprozess und einen abschließenden Innenhochdruckumformprozess hergestellt ist.
Die gattungsgemäßen DE 42 36 683 A1 , die JP 2010-121721 A , die DE 195 30 407 A1 und die DE 10 2007 061 421 A1 offenbaren jeweils eine Teilbelag-Scheibenbremse mit einem Bremssattel, der zwei beabstandete Teile aufweist, die über Streben mit Schraubverbindungen zusammengefügt sind.
Die WO 2007/118173 A2 offenbart weiter eine Scheibenbremse, bei deren Bremssattel zwei Gruppen von Zugstreben zwei Sattelteile zusammenhalten.
Die Erfindung hat demnach die Aufgabe, eine Scheibenbremse zur Verfügung zu stellen, deren Bremssattel möglichst leicht ist und insbesondere kostengünstig herstellbar ist.
Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
Es wird somit ein Bremssattel dadurch gebildet, dass ein Gehäuse, dass eine Zuspannmechanik einer Scheibenbremse aufnimmt, mit einer Sattelwange, die eine Kontaktfläche aufweist, an der die Bremsbeläge beim Zuspannen der Scheibenbremse reaktionsseitig abgestützt sind, durch mehrere Zugstreben verbunden ist. Dabei ist eine Gruppe der Zugstreben durch einen Kraftschluss mit dem Gehäuse und mit der Sattelwange verbunden. Durch die kraftschlüssige Verbindung der Zugstreben mit dem Gehäuse und der Sattelstrebe wird in vorteilhafter Weise – zumindest teilweise – eine Funktionsseparation hinsichtlich der Beanspruchung der Zugstreben und damit eine Leistungssteigerung hinsichtlich des Kraftflusses bzw. der mechanischen Belastbarkeit der Zugstreben insgesamt herbeigeführt.
Nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 ist eine andere Gruppe der Zugstreben durch einen Formschluss mit dem Gehäuse und der Sattelwange verbunden und die Formschlussverbindung nach Montage aller Bauteile zum Bremssattel ist spannungsfrei.
Durch die formschlüssige Verbindung der Zugstreben mit dem Gehäuse und der Sattelstrebe wird in vorteilhafter Weise – zumindest teilweise – eine Funktionsseparation hinsichtlich der Beanspruchung der Zugstreben und damit eine Leistungssteigerung hinsichtlich des Kraftflusses bzw. der mechanischen Belastbarkeit der Zugstreben insgesamt herbeigeführt.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung weist die erste Gruppe von Zugstreben einen runden, ovalen oder elipsenförmigen Querschnitt auf. Dadurch kann in vorteilhafter Weise kostengünstiges Halbzeug für die erste Gruppe von Zugstreben verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung weist die zweite Gruppe von Zugstreben einen rechteckigen Querschnitt auf. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ebenfalls kostengünstiges Halbzeug für die zweite Gruppe von Zugstreben verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante sind die Zugstreben aus einem hochfesten Werkstoff, vorzugsweise aus einem hochfesten Stahlwerkstoff, besonders bevorzugt aus einem hochfesten Vergütungsstahl hergestellt. Dadurch ergibt sich einerseits eine vorteilhaft gesteigerte mechanische Belastbarkeit gegenüber einem einstückig gegossenen Bremssattel und andererseits eine entsprechende Gewichtsreduzierung des Bremssattels.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung weisen die Zugstreben einen hohlen Querschnitt auf. Dadurch ergibt sich eine weitere Kosten- und Gewichtsreduzierung des Bremssattels.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt:
1: eine räumliche Darstellung eines Bremssattels einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse;
2: eine räumliche Darstellung eines Bremssattels einer Scheibenbremse nach dem Stand der Technik;
Die 1 zeigt einen Bremssattel 2 einer Scheibenbremse 1 insbesondere für ein Nutzfahrzeug.
Der Bremssattel 2 weist ein Gehäuse 3 zur Aufnahme einer Zuspannmechanik (hier nicht dargestellt) für die Scheibenbremse 1 auf. Das Gehäuse 3 ist dazu mit verschiedenen Bohrungen bzw. Öffnungen und Durchbrüchen versehen, durch die Bauteile der Zuspannmechanik oder deren Aktuatorik gelagert oder geführt oder aus bzw. in das Gehäuse 3 heraus- oder hineingeführt werden. Das Gehäuse 3 ist vorzugsweise einstückig in einem Urformverfahren, vorzugsweise als Gussteil aus Sphäroguss im Sandgussverfahren hergestellt. Das Gussrohteil des Gehäuses 3 ist durch einen Trennprozess spanend fertig bearbeitet, so dass ein montagefähiges Gehäuse 3 entsteht.
Alternativ kann das Gehäuse 3 auch aus mehreren Einzelteilen durch ein Fügeverfahren, wie z. B. ein Schweißverfahren, hergestellt sein. In dem Fall entfällt eine nachträgliche Fertigzerspanung des Gehäuses 3 bzw. kann der Zerspanungsprozess des Gehäuses 3 auf ein Minimum beschränkt bleiben. Durch die Herstellung des Gehäuses 3 aus mehreren Einzelteilen, die zu einem quasi einbaufertigen Gehäuse 3 zusammengefügt werden, kann in vorteilhafter Weise z. B. durch die Verwendung hochfester, schweißbarer Werkstoffe das Gewicht des Gehäuses 3 reduziert werden. Darüber hinaus ergibt sich ein Kostenvorteil, da ein Gießmodell nicht mehr benötigt wird.
Der Bremssattel 2 weist darüber hinaus eine reaktionsseitige Sattelwange 4 auf. Die Sattelwange 4 weist eine Kontaktfläche 5 auf, die beim Zuspannen der Scheibenbremse 1 mit den Bremsbelägen (hier nicht dargestellt) in Kontakt tritt, bzw. an denen die Bremsbeläge beim Zuspannen der Scheibenbremse 1 reaktionsseitig abgestützt werden. Die Sattelwange 4 ist hier – rein beispielhaft – einstückig in einem Urformverfahren, vorzugsweise als Gussteil aus Sphäroguss im Sandgussverfahren hergestellt. Das Gussrohteil der Sattelwange 4 ist durch einen Trennprozess spanend fertig bearbeitet, so dass eine montagefähige Sattelwange 4 entsteht.
Alternativ kann die Sattelwange 4 auch aus mehreren Einzelteilen durch ein Fügeverfahren, wie z. B. ein Schweißverfahren, hergestellt sein. In dem Fall entfällt eine nachträgliche Fertigzerspanung der Sattelwange 4 bzw. kann der Zerspanungsprozess der Sattelwange 4 auf ein Minimum beschränkt bleiben. Durch die Herstellung der Sattelwange 4 aus mehreren Einzelteilen, die zu einer quasi einbaufertigen Sattelwange 4 zusammengefügt werden, kann in vorteilhafter Weise z. B. durch die Verwendung hochfester, schweißbarer Werkstoffe das Gewicht der Sattelwange 4 reduziert werden. Darüber hinaus ergibt sich ein Kostenvorteil, da ein Gießmodell nicht mehr benötigt wird.
Das Gehäuse 3 und die Sattelwange 4 des Bremssattels 2 sind durch jeweils mehrere Zugstreben 6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b kraft- und formschlüssig verbunden, so dass aus der Sattelwange 4, dem Gehäuse 3 und den Zugstreben 6a, 7a, 8a bzw. 6b, 67, 8b ein Sattelrahmen gebildet wird, der eine Zone einer Bremsscheibe (hier nicht dargestellt) rahmenartig umgreift.
Die Zugstreben 6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b sind aus einem hochfesten Werkstoff, vorzugsweise aus einem hochfesten Stahlwerkstoff, besonders bevorzugt aus einem hochfesten Vergütungsstahl hergestellt, so dass die Zugstreben 6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b in der Lage sind, auftretende Betriebskräfte dauerhaft sicher aufnehmen zu können.
Eine Gruppe von Zugstreben 6a, 8a bzw. 6b, 8b weist hier einen kreisförmigen Querschnitt auf. Alternativ können die Zugstreben 6a, 8a bzw. 6b, 8b auch einen unrunden, wie z. B. einen ovalen oder elipsenförmigen Querschnitt aufweisen Mit den jeweils beiden Zugstreben 6a, 8a bzw. 6b, 8b mit kreisförmigen Querschnitt werden das Gehäuse 3 und die Sattelwange 4 analog zu einer vorgespannten Schraubenverbindung kraftschlüssig zusammen gespannt.
Eine andere Gruppe von Zugstreben 7a, 7b weist hingegen einen rechteckigen Querschnitt auf. Durch den rechteckigen Querschnitt weisen die Zugstreben 7a, 7b insbesondere ein in Bezug auf eine Biegeachse um die Schmalseite relativ hohes Widerstandsmoment auf. Demzufolge dienen die Zugstreben 7a, 7b im Wesentlichen zur Aussteifung des Sattelrahmens gegen elastische Verformung, wie sie im Betrieb der Scheibenbremse auftritt, wodurch der Sattelrahmen dazu neigt, parallelogrammartig elastisch verformt zu werden. Die Zugstreben 7a, 7b sind jeweils formschlüssig in taschenartige Vertiefungen 9a, 9b bzw. 10a, 10b im Gehäuse 3 bzw. in der Sattelwange 4 eingelassen. Dies ist ausreichend, da die Zugstreben 7a, 7b im Wesentlichen auf Biegung belastet werden, während die reinen Zugkräfte im Wesentlichen durch die Zugstreben 6a, 8a bzw. 8b, 8b mit kreisförmigem Querschnitt aufgenommen werden. Die Länge der Zugstreben 7a, 7b ist so bemessen, dass sie nach Montage der danach vorgespannten Zugstreben 6a, 8a bzw. 6b, 8b mit hier kreisförmigem Querschnitt spielfrei und frei von mechanischen Spannungen sind. Insofern ist die Bezeichnung „Zugstrebe” für die Zugstreben 7a, 7b sachlich nicht korrekt, wird jedoch aus Vereinfachungsgründen für wie oben beschriebene „Zugstreben” 7a, 7b beibehalten.
Alternativ können die Zugstreben 7a, 7b mit rechteckigem Querschnitt analog zu den Zugstreben 6a, 8a bzw. 6b, 8b zusätzlich durch Verschrauben mit dem Gehäuse 3 bzw. mit der Sattelwange 4 des Bremssattels 2 vorgespannt sein. In dem Fall werden durch die Zugstreben 7a, 7b auch Zugkräfte übertragen.
Die Zugstreben 6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b weisen hier – rein beispielhaft – einen massiven Querschnitt auf. Alternativ können die Zugstreben 6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b jeweils auch einen hohlen Querschnitt aufweisen. Bei der Verwendung von Zugstreben 6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b aus hochfesten Werkstoffen mit Hohlquerschnitt ergibt sich ein weiteres Potential zur Gewichtsreduzierung der Scheibenbremse 1.
Durch die Kombination aus hochfesten Werkstoffen, einer Vorspannung der Zugstreben 6a, 8a bzw. 6b, 8b sowie einer zumindest teilweisen Funktionsseparation hinsichtlich der Kraftübertragung wird durch die Zugstreben 6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b eine besonders hohe Belastbarkeit bei niedrigem Gewicht erreicht. Durch den Sattelrahmen ist der Bremssattel als einstückiges Gussteil ein Gussteil mit relativ großer Oberfläche orthogonal zur Entformrichtung und benötigt demzufolge relativ viel Platz in einen Formkasten. Dadurch kann nur eine begrenzte Menge von einstückigen Bremssätteln in einen Formkasten angeordnet werden. Sofern das Gehäuse 2 und auch die Sattelwange 4 des Bremssattels 2 jeweils als separates Gussteil ausgeführt wird, ergibt sich eine Kostenersparnis durch die dadurch mögliche höhere Packungsdichte bei der Einformung in einem gleichgroßen Formkasten. Die höhere Packungsdichte wird möglich, da das Gehäuse 3 des Bremssattels 2 eine erheblich kleinere Oberfläche orthogonal zur Entformrichtung aufweist als ein einstückiger Bremssattel. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine signifikant größere Menge von Gehäusen 3 als von einstückigen Bremssätteln nach dem Stand der Technik in einen gleichgroßen Kasten eingeformt werden.
Da die fixen Kosten für die Fertigung von Kernen, die Einformung eines Formkastens und das Gießen selbst quasi gleich sind, beim Gießen des Gehäuses 3 jedoch die Ausbringung höher ist als beim einstückigen Bremssattel nach dem Stand der Technik, ergibt sich so ein kostengünstigeres Gehäuse.
Weitere Kosten- und Gewichtsreduzierungen des Bremssattels 2 sind möglich, wenn z. B. die Sattelwange 4 nicht gegossen wird, sondern als Schweißkonstruktion aus Stahl ausgeführt wird. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit zu einer noch weiterführenden Kosten- und Gewichtsreduzierung des Bremssattels 2, wenn das Gehäuse 3 als Schweißkonstruktion aus Stahl ausgeführt wird.
Bezugszeichenliste

1: Scheibenbremse
2: Bremssattel
3: Gehäuse
4: Sattelwange
5: Kontaktfläche
6a, 6b: Zugstrebe
7a, 7b: Zugstrebe
8a, 8b: Zugstrebe
9a, 9b: taschenartige Vertiefung
10a, 10b: taschenartige Vertiefung

Claims

Scheibenbremse (1) mit einem Bremssattel (2), der ein Gehäuse (3) zur Aufnahme einer Zuspannmechanik, mehrere Zugstreben (6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b) und eine reaktionsseitige Sattelwange (4) aufweist, wobei die Sattelwange (4) eine Kontaktfläche (5) aufweist, an der die Bremsbeläge beim Zuspannen der Scheibenbremse (1) reaktionsseitig abgestützt sind, und wobei das Gehäuse (3) und die Sattelwange (4) durch die Zugstreben (6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b) zu dem Bremssattel (2) zusammengefügt sind, wobei eine Gruppe der Zugstreben (6a, 8a bzw. 6b, 8b) durch einen Kraftschluss mit dem Gehäuse (3) und der Sattelwange (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine andere Gruppe der Zugstreben (7a, 7b) durch einen Formschluss mit dem Gehäuse (3) und der Sattelwange (4) verbunden ist, und dass die Formschlussverbindung nach Montage aller Bauteile (3, 4, 6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b) zum Bremssattel (2) spannungsfrei ist.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftschluss jeweils durch eine Gewindeverbindung realisiert ist.
Scheibenbremse (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeverbindung vorgespannt ist.
Scheibenbremse (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss durch jeweils eine taschenartige Vertiefung (9a, 10a bzw. 9b, 10b) und einen Eingriff der jeweiligen Zugstrebe (7a bzw. 7b) in diese Vertiefung gebildet wird.
Scheibenbremse (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Gruppe der Zugstreben (6a, 8a bzw. 6b, 8b) einen kreisförmigen, ovalen oder elipsenförmigen Querschnitt aufweist.
Scheibenbremse (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Gruppe der Zugstreben (7a, 7b) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Scheibenbremse (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstreben (6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b) einen massiven Querschnitt aufweisen.
Scheibenbremse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstreben (6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b) einen hohlen Querschnitt aufweisen.
Scheibenbremse (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstreben (6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b) aus einem hochfesten Werkstoff hergestellt sind.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstreben (6a, 7a, 8a bzw. 6b, 7b, 8b) aus einem hochfesten Vergütungsstahl hergestellt sind.