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Die Erfindung betrifft einen Bremssattel einer Scheibenbremse eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die
DE 40 03 731 A1 und insbesondere auf die
DE 10 2012 210 985 A1 verwiesen.
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Bremssättel für Scheibenbremsen von Fahrzeugen sind in vielseitiger Weise aus dem Stand der Technik bekannt. Bei einem Festsattel beispielsweise stellt ein Bremssattel einen Teil einer Scheibenbremse dar, welcher mit Hilfe von Bremskolben eine Zuspannkraft über Bremsbeläge an eine Bremsscheibe pressen kann und damit eine Bremskraft verursacht. Die Kolben und die Bremsbeläge sind dabei in einem sattelartigen, im PKW-Bereich überwiegend über den Außendurchmesser der Scheibe greifenden Gehäuse, also dem Bremssattel untergebracht. Üblicherweise werden die Bremskolben dabei hydraulisch betätigt. Sie sind als zylinderförmige Kolben ausgeführt und in einer zylinderförmigen Aussparung bzw. Führung in den Bremssattel eingebracht. Der Bremskolben kann sich dabei in der genannten Aussparung relativ zum Bremssattel entlang seiner Längsachse bewegen.
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Zur Gewichtseinsparung werden die Bremskolben üblicherweise hohlzylinderartig bzw. becherförmig ausgeführt, wobei der Becherboden bzw. Kolbenboden, also die geschlossene Stirnseite des Kolbens, an den Boden der Aussparung angrenzt und die offene Stirnseite des Kolbens üblicherweise an den Bremsbelag angrenzt. Die Form des Kolbenbodens ist dabei in unterschiedlichen Varianten aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt die
DE 40 03 731 A1 beispielsweise einen Kolben einer hydraulisch arbeitenden Bremse, dessen Boden eine konkave Wölbung aufweist, also eine Wölbung in Richtung der bei einem Bremseingriff auf den Kolben wirkenden axialen hydraulischen Angriffskraft.
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In der
DE 10 2012 210 985 A1 dagegen ist der Kolbenboden, wie in
1 zu erkennen, ohne eine Wölbung ausgeführt. Der daran angrenzende Boden der Aussparung ist in diesem Falle und bei herkömmlichen Bremssätteln aus dem Stand der Technik üblicherweise ebenfalls als ebene Fläche ausgebildet.
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Nachteilig an dem herkömmlichen Stand der Technik ist jedoch, dass die gesamte Baubreite des Bremssattels zur Standhaftigkeit gegenüber hoher in der Regel axial auf den Boden der Aussparung und den Kolbenboden einwirkender Kräfte bei einem Bremseingriff robust und demensprechend groß ausgebildet sein musst. Durch hohe Bremsdrücke kann sich der Boden der Aussparung als auch der Kolbenboden in Axialrichtung der zylinderförmigen Aussparung bzw. in Axialrichtung des Kolbens verformen, durch welche Verformung ein zusätzliches Volumen entsteht, welches zur Aufrechterhaltung des gewünschten Bremsdrucks durch die Bremshydraulik nachgeschoben werden muss. Es muss also mehr Hydraulikflüssigkeit zur Aufrechterhaltung des gleichen Bremsdrucks zugeführt werden. Dieses Phänomen wird auch als Volumenaufnahme bezeichnet. Diese erhöhte Volumenaufnahme verlängert den Bremspedalweg und verschlechtert damit auch das Bremspedalgefühl. Um derartige unerwünschte Verformungen des Bremssattels bzw. des Kolbens zu vermeiden, wird sowohl der Kolbenboden, also die geschlossene Stirnseite des Kolbens, als auch der Boden der Aussparung üblicherweise mit einer hohen Wandstärke ausgeführt. Resultierend daraus ist der Bremssattel in seiner gesamten Baubreite verhältnismäßig groß ausgebildet.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bremssattel zu schaffen, welcher hohen Bremskräften entgegenhalten kann und gleichzeitig gewichtsarm und platzsparend ausgebildet ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Bremssattel einer Scheibenbremse eines Fahrzeuges, welcher die Merkmale nach Patentanspruch 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßer Bremssattel einer Scheibenbremse eines Fahrzeuges umfasst ein eine Bremsscheibe umgreifendes, sattelartiges Gehäuse, in welchem in einer zylinderförmigen mit ihrer Zylinderachse senkrecht auf der Bremsscheibe stehenden Aussparung mindestens ein zylinderförmiger Kolben geführt ist. Der genannte Kolben liegt mit seiner ersten Stirnfläche an einem Bremsbelag an und kann diesen gegen eine Bremsscheibe pressen, indem sich die zweite Stirnseite des Kobens unter Zwischenschaltung eines Kraftübertragungsmittels am Boden der Aussparung abstützt. Die genannte zweite Stirnseite des Kolbens eines erfindungsgemäßen Bremssattels weist dabei eine konkave Wölbung auf. Erfindungsgemäß weist der Boden der Aussparung des Bremssattels, an welchem die zweite Stirnseite, also der Kolbenboden, mit Zwischenschaltung des Kraftübertragungsmittels angrenzt, eine konvexe Wölbung auf.
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Die erfindungsgemäße konvexe Wölbung des Bodens der Aussparung ermöglicht gegenüber einem ebenen Boden der Aussparung reduzierte Wandstärken, insbesondere in denjenigen Bereichen des Bremssattels, welche sich auf die gesamte Baubreite des Bremssattels auswirken. Denn die Wandstärke des Bodens der Aussparung wird mittels der konvexen Wölbung, einhergehend mit einer Verkleinerung des Volumens der Aussparung erhöht. Die Verkleinerung des Volumens der Aussparung geht mit dem Hineinragen der Wölbung des Bodens der Aussparung in Richtung der Längsachse der Aussparung in diese einher. An der dicksten Stelle der Wölbung des Bodens der Aussparung, also am Umkehrpunkt der Krümmung der Wölbung, ist die Wandstärke des Bodens der Aussparung wieder nahezu gleich dick wie die Wandstärke eines nicht gewölbten Bodens der Aussparung. An den Randbereichen der Wölbung ist jedoch die Wandstärke des Bodens der Aussparung schmäler als die aus dem Stand der Technik. Vom Bremssatteläußeren betrachtet kann deswegen zur Aufrechterhaltung der nötigen Widerstandskraft der Belastungen bei einem Bremseingriff die Wandstärke des Bodens der Aussparung schmäler gestaltet werden. Damit verringert sich gleichzeitig die gesamte Baubreite des Bremssattels. Ein derartiger erfindungsgemäßer Bremssattel ermöglicht durch eine konvexe Wölbung des Bodens der Aussparung und einer gleichzeitigen konkaven Wölbung des daran angrenzenden (mit einem Kraftübertragungsmittel dazwischengeschalteten) Kolbenbodens eine Reduzierung der genannten Volumenaufnahme bzw. der genannten Verformungen des Bodens der Aussparung und des Kolbenbodens. Denn sowohl der Boden der Aussparung, als auch die Wand des Kolbenbodens gewinnen durch die gewölbte Ausführung eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber den üblichen Belastungen und Verformungen, also im Falle eines Hydraulikzylinders gegenüber dem axial auf den Kolbenboden einwirkenden Hydraulikdruck sowie dessen Abstützkraft am Boden der Aussparung. Durch die konvexe Wölbung des Bodens der Aussparung und auch durch die konkave Wölbung am Kolbenboden können Deformationen der Aussparung bzw. der Kolbenaußenwand bei großen axial auf den Boden der Aussparung bzw. den Kolbenboden einwirkenden Kräften vermieden werden.
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Durch den konkav gewölbten Kolbenboden verbleibt die Kolbenlänge im Vergleich zu einer nicht gewölbten Ausführung des Bodens der Aussparung oder des Kolbenbodens gleich. So kann bei gleichbleibender Kolbenlänge durch zusätzliche Wölbung des Bodens der Aussparung eine insgesamt geringe Bremssattelbreite und damit Platz- und Bauraumeinsparungen erzielt werden. Der durch die Erfindung entstandene bzw. eingesparte Bauraum kann für die Integration weiterer Fahrzeugbauteile vorteilhaft genutzt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Bremssattels ist die konvexe Wölbung des Bodens der Aussparung der konkaven Wölbung des Kolbenbodens angepasst. Durch eine derartige Formgleichheit bzw. Formgebung der beiden Wölbungen insofern, dass Sie aufeinander passen, kann Bauraum bzw. Platz, welcher andernfalls, nämlich wenn die beiden Wölbungen nicht aneinander angepasst sind, einen größeren Spalt zwischen dem Boden der Aussparung und dem Kolbenboden erzeugen würde, eingespart werden. Die genaue Form der Wölbung ist in allen denkbaren Varianten ausführbar, beispielsweise kann die Wölbung parabelförmig, in Form eines Teil-Kreisbogens, in Form eines abgerundeten Dreiecks oder eines abgerundetes gleichschenkliges Trapezes ausgeführt sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Bremssattels ist das genannte Kraftübertragungsmittel, welches zwischen dem Kolbenboden und dem Boden der Aussparung zur Aufbringung der Kraft zur Bewegung des Kolbens vorgesehen ist, ein Hydraulikfluid. Dabei wird die nötige Bremskraft durch Betätigung eines Bremspedals vom Fahrzeugfahrer mittels eines Hydraulikfluids über den Kolben und den Bremsbelag an die Bremsscheibe übertragen. Der Bremskolben wird so bevorzugt hydraulisch betätigt. Alternativ ist jedoch auch eine andere Betätigung, wie beispielsweise eine elektrische Betätigung des Bremskolbens möglich, in welcher das Kraftübertragungsmittel beispielsweise ein geeigneter Aktuator ist.
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In einer nächsten vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Kolben des erfindungsgemäßen Bremssattels als ein Hohlzylinder ausgebildet. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Kolben sowohl hohlzylinderförmig als auch becherartig ausgeführt, wobei seine erste Stirnseite offen ausgebildet ist und seine zweite Stirnseite, also der Kolbenboden geschlossen ist. Durch eine derartige becherförmige und hohlzylinderförmige Ausgestaltung des Kolbens kann weiteres Gewicht in vorteilhafter Weise am Bremssattel eingespart werden.
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In vorteilhafter Weise kann die konkave Wölbung des Kolbenbodens durch einen Tiefziehprozess bzw. durch sogenanntes Bombieren erzeugt werden. Die Einbringung der genannten Wölbung durch Bombieren kann sowohl maschinell, als auch in handwerklicher Freihandarbeit erfolgen. Der Kolbenboden kann dabei beispielsweise als Blechkonstruktion in Stahl- oder Aluminiumbauweise ausgeführt sein. Durch die dabei erzeugte Wölbung kann vorteilhaft einer durch den Hydraulikdruck bei einer Bremsung entstehenden Verformung bzw. Wölbung nicht nur eines ebenen Kolbenbodens, sondern auch eines ebenen Bodens der Aussparung nach außen entgegen gewirkt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Bremsscheibe eines Fahrzeuges mit einem deren Außendurchmesser umgreifenden Bremssattel in einer Seitenansicht.
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2 eine Schnittdarstellung A-A eines Bremssattels sowie eines darin geführten Kolbens aus dem Stand der Technik.
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3 eine Schnittdarstellung A-A eines erfindungsgemäßen Bremssattels aus 1 sowie eines darin geführten Kolbens.
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Zur Übersicht wird in 1 eine Bremsscheibe 1 mit einem deren Außendurchmesser umgreifenden Bremssattel 2 als eine Ausführungsalternative des erfindungsgemäßen Bremssattels aufgezeigt. In gestrichelter Linie sind außerdem eine Aussparung 7 des Bremssattels 2, in welcher sich ein Kolben 3 befindet, angedeutet. Die erfindungsgemäßen Merkmale des Bremssattels sind in 1 nicht zu erkennen.
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In 2 ist eine Schnittdarstellung A-A des aus 1 gezeigten Bremssattels 2 aufgezeigt, bei welchem eine aus dem Stand der Technik bekannte Ausführung eines in einer zylinderförmigen Aussparung 7 des Bremssattels 2 geführten zylinderförmigen Kolbens 3 aufgezeigt ist. Dabei grenzt die erste Stirnseite 4 des Kolbens 3 an einen Bremsbelag 8 an, während die zweite Stirnseite 5 des Kolbens 3 mit einem zwischengeschalteten Kraftübertragungsmittel 6 in Form eines Hydraulikfluids an dem Boden 7a der Aussparung 7 des Bremssattels 2 angrenzt. Die zweite Stirnseite 5 des Kolbens 3, als auch der Boden 7a der Aussparung 7 des Bremssattels 2 sind dabei eben ausgebildet. Der Kolben 3 überträgt bei Vorliegen eines hydraulischen Bremsdrucks die aufgebrachte Kraft, wobei das Kraftübertragungsmittel 6, nämlich das Hydraulikfluid, unter Druck vermehrt an die zweite Stirnseite 5 des Kolbens 3 einströmt. Der Kolben 3 bewegt sich dadurch innerhalb der Aussparung 7 des Bremssattels 3 entlang seiner axialen Zylinderachse B in Richtung des Bremsbelags 8. Der Bremsbelag 8 wird dadurch mit der gewünschten Bremskraft an die Bremsscheibe 1 gepresst. Durch den dabei aufgebrachten Bremsdruck kann sich die zweite Stirnseite 5 des Kolbens 3 sowie der Boden 7a der Aussparung 7 verformen.
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Durch diese Verformung entsteht ein zusätzliches Volumen zwischen der zweiten Stirnseite 5 des Kolbens 3 und dem Boden 7a der Aussparung 7 des Bremssattels 2, welches durch die Bremshydraulik, also durch eine größere Menge an Kraftübertragungsmittel 6, nämlich Hydraulikfluid ausgeglichen werden muss. Zur Vermeidung der genannten Verformung und dem Bedarf von höheren Mengen an Kraftübertragungsmittel 6, nämlich Hydraulikfluid, wird die Wandstärke des Kolbens 3 und insbesondere die Wandstärke des Bodens 7a der Aussparung 7 und somit auch die gesamte Baubreite b des Bremssattels 2 verhältnismäßig groß ausgeführt.
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In 3 ist in der Schnittansicht A-A aus 1 ein erfindungsgemäßer Bremssattel 2 aufgezeigt, dessen zylinderförmige Aussparung 7 ein zylinderförmiger bzw. ein hohlzylinderförmiger Kolben 3 führt. Die erste Stirnseite 4 des Kolbens 3 ist dabei offen ausgebildet und grenzt an einen Bremsbelag 8 an. Die zweite Stirnseite 5 des Kolbens 3, also der Kolbenboden 5, ist mit einer konkaven Wölbung ausgebildet. Erfindungsgemäß ist der Boden 7a der Aussparung 7 des Bremssattels 2 ebenso mit einer Wölbung ausgeführt, welche jedoch konvex ausgeführt ist und nahezu parallel zur konkaven Wölbung der zweiten Stirnseite 5 des Kolbens 3 ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Wölbung des Bodens 7a der Aussparung 7 des Bremssattels 2 ermöglicht es, die Dicke des Bodens 7a der Aussparung 7 in deren Randbereich geringer zu gestalten, während im Zentrum des Bodens 7a der Aussparung 7 die Dicke des Bodens 7a nahezu gleich dem Stand der Technik (aus 2) ist, an dieser Stelle, also in dem genannten Zentrum aber quasi in die konkave Wölbung des Kolbenbodens hineinragt. Bei gegenüber der Ausführungsform nach 2 unveränderter Länge l des Kolbens 3 ergibt sich damit eine gegenüber dem Stand der Technik (2) verringerte gesamte Baubreite b des Bremssattels 2. Durch die Erhöhung bzw. Verdickung der Wandstärke des Bremssattels 2 mit der konvexen Wölbung des Bodens 7a der Aussparung 7 in die Aussparung 7, also in Richtung der Zylinderachse B, kann die Wandstärke des Bremssattels 2 von der Bremssattelaußenseite 9 betrachtet verringert werden. Dadurch verringert sich gleichzeitig die gesamte Baubreite b des Bremssattels. Der dabei eingesparte Bauraum kann so anderweitig genutzt werden und gleichzeitig Gewicht eingespart werden. Durch eine der Wölbung des Bodens 7a der Aussparung 7 angepasste konkave Wölbung des Kolbenbodens 5 bleibt die Länge l des Kolbens 3 trotz eines insgesamt schmäleren Bremssattels 2 gleich zu der Länge eines Kolbens, welcher nicht gewölbt ausgeführt (bzw. eines nicht gewölbten Bodens 7a der Aussparung 7) ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremsscheibe
- 2
- Bremssattel
- 3
- Kolben
- 4
- Erste Stirnseite
- 5
- Zweite Stirnseite
- 6
- Kraftübertragungsmittel
- 7
- Aussparung
- 7a
- Boden der Aussparung
- 8
- Bremsbelag
- 9
- Bremssattelaußenseite
- b
- Baubreite des Bremssattels
- l
- Länge des Kolbens
- B
- Zylinderachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4003731 A1 [0001, 0003]
- DE 102012210985 A1 [0001, 0004]
