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Die Erfindung betrifft einen Bremssattel eines Bremssystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die
WO 2004 010 020 A1 und die
DE 10 2006 052 178 A1 verwiesen.
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Allgemein ist es bekannt, dass Fahrzeug-Bremssysteme aufgrund von bestimmten Fahr- und Umweltsituationen Geräusche verursachen. Derartige Geräusche sind gegebenenfalls von den Fahrzeuginsassen, als auch von Außenstehenden als störend und unangenehm wahrnehmbar. Herkömmliche Bremssättel einer Scheibenbremse eines Fahrzeuges, welche aus dem Stand der Technik bekannt sind, umfassen üblicherweise eine Zylinderbohrung zur verschiebbaren Aufnahme eines becherförmigen Kolbens. Die Verschiebung der Kolben geschieht dabei in der Regel mittels einer hydraulischen Flüssigkeit. Dabei drücken bei einer Bremsbetätigung die Kolben bzw. die Bremskolben einen sich in einer Aussparung des Bremssattels angeordneten Bremsbelag gegen eine bei der Fahrt des Fahrzeuges rotierende Bremsscheibe. Mittels der Reibung der Bremsbeläge an der Bremsscheibe wird die kinetische Energie des Fahrzeuges in Wärme umgewandelt. Das Fahrzeug bremst.
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Die durch den Bremsvorgang entstehenden Umfangs- und Radialkräfte werden über die Bremsbeläge abgeleitet, welche wiederrum mittels Anlage- und Abstützflächen in Aussparungen des Bremssattels gelagert sind und innerhalb des Bremsvorgangs in der Aussparung leicht verkippen und damit in Umfangsrichtung der Bremsscheibe an die Abstützflächen anstoßen können.
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Um insbesondere Gewicht zu sparen werden Bremssättel mehr und mehr aus einem Leichtbau-Werkstoff, wie beispielsweise aus Aluminium hergestellt. Aufgrund der hohen auftretenden Kräfte zwischen Bremsbelag und Bremssattel müssen die genannten Abstützflächen entsprechend groß dimensioniert werden um eine hohe Flächenpressung im Aluminium zu vermeiden. Eine solche Flächenpressung kann im Extremfall zu Deformationen der Abstützflächen führen, was sowohl die Sicherheit als auch den Komfort beispielsweise in Form von Klappergeräuschen, Bremsenquietschen oder einem schlechteren Bremspedalgefühl für den Fahrzeugfahrer negativ beeinflusst.
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Jedoch auch die größer dimensionierten Abstützflächen (zur Vermeidung der hohen Flächenpressung) können negative Auswirkungen bezüglich Bremsgeräusche verursachen. Das genannte Bremsenquietschen beispielsweise tritt insbesondere auch bei großen Abstützflächen auf, da die Kontaktfläche und damit die Position des Bremsbelags innerhalb der Aussparung des Bremssattels nicht exakt definiert ist. Auch das Geräuschverhalten eines jeden Bremssattels ist durch derartige große Abstützflächen schwieriger vorhersehbar.
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Aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise aus der
DE 10 11 33 47 A1 , sind deswegen alternative Abstützformen des Bremsbelags am Bremssattel bekannt, welche den Kontakt des Bremsbelags mit dem Bremssattel in Umfangsrichtung und damit die beschriebenen unerwünschten Bremsgeräusche vermeiden.
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Derartige alternative Abstützformen verkomplizierten jedoch die Konstruktion und damit die Fertigung des Bremssattels erheblich und ziehen außerdem zusätzliches Gewicht durch zusätzliche Komponenten mit sich.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen Bremssattel eines Bremssystems aufzuzeigen, welcher neben einem geringen Gewicht, konstruktiv einfach aufgebaut und zu fertigen ist, wobei oben genannte unerwünschte Bremsgeräusche trotzdem vorteilhaft vermieden werden können.
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Die Lösung der Aufgabe ergibt sich durch einen Bremssattel eines Bremssystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
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Es wird ein Bremssattel eines Bremssystems, insbesondere eines Scheibenbremssystems eines Fahrzeuges vorgeschlagen, welcher mindestens einen Bremssattelgrundkörper mit zumindest einer zylinderförmigen Aussparung zur Aufnahme eines Bremskolbens sowie zumindest einer Aussparung zu Aufnahme eines vom Bremskolben an eine Bremsscheibe verschiebbaren Bremsbelags umfasst. Erfindungsgemäß ist zumindest ein Teil einer Kontaktfläche der Aussparung, an welcher Kontaktfläche der Bremsbelag am Bremssattelgrundkörper abstützbar ist, aus einer Materialschicht aufgebaut bzw. mit einer Materialschicht versehen, die sich von dem Material des Bremssattelgrundkörpers unterscheidet.
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Im Sinne der Erfindung ist dabei jede existierende Form von Bremssätteln angesprochen. Bevorzugt ist jedoch ein Bremssattel einer Scheibenbremse eines Fahrzeuges angesprochen, wobei der Bremssattelkörper nicht zwingendermaßen aus einem Stück gegossen werden muss. So wird beispielsweise bei einem sogenannten Festsattel der den Bremsbelag haltende Halter als Teil des Bremssattelkörpers verstanden.
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Der Bremsbelag umfasst dabei bevorzugt einen bei einem Bremsvorgang die die Bremsscheibe berührenden Reibbelag bzw. Reibkörper sowie eine mit dem Reibbelag fest verbundene Trägerplatte bzw. Bremsbelagrückenplatte. Wie die Bezeichnung der Trägerplatte bereits aussagt, trägt diese den Reibbelag innerhalb des Bremssattels.
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Zwischen der Aussparung des Bremssattels und dem Bremsbelag ist zur Gewährleistung einer axialen Verschiebbarkeit des Bremsbelags innerhalb der Aussparung, ein in Umfangsrichtung der Bremsscheibe betrachtetes Spiel bzw. ein Spalt vorgesehen. So ist es hier ebenfalls bevorzugt, dass die Trägerplatte bei einem Bremsvorgang an die Kontaktfläche der Aussparung des Bremssattels (wie im Stand der Technik beschrieben) innerhalb des genannten Spiels anstoßbar ist.
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Dabei ist die Kontaktfläche der Aussparung bevorzugt diejenige Fläche, an welcher der Bremsbelag, insbesondere die Trägerplatte, in Umfangsrichtung der Bremsscheibe am Bremssattelgrundkörper abstützbar ist. Wie bereits genannt ist insbesondere die Trägerplatte des Bremsbelags an dieser Kontaktfläche der Aussparung des Bremssattelgrundkörpers während einem Bremsvorgang abstützbar. Im Einbauzustand des Bremsbelags betrachtet können sich dabei beispielsweise die seitlichen Kantenflächen (oder ein Teil dieser) des Bremsbelags bzw. der Trägerplatte an dem Bremssattelgrundkörper in Umfangsrichtung der Bremsscheibe abstützen. Ein üblicher Bremssattel weist dabei bevorzugt zwei dieser genannten Kontaktflächen auf, auf welche sich der Bremsbelag je nachdem ob ein Bremsvorgang während einer Rückwärts- oder einer Vorwärtsfahrt stattfindet abstützen kann bzw. durch die auftretenden Umfangskräfte an die jeweilige Kontaktfläche kippt. Bei einem solchen Kippvorgang und je nach Geometrie des Bremsbelags bzw. der Bremsbelagfläche (insbesondere der Fläche der Trägerplatte) ist es möglich, dass sich der Bremsbelag nur punktuell bzw. auf einer geringen Fläche an der Kontaktfläche der Aussparung des Bremssattelgrundkörpers (bei einem Festsattel an dem Halter des Bremssattels) abstützt.
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Wie bereits genannt ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kontaktfläche der Aussparung, an welcher der Bremsbelag am Bremssattelgrundkörper bzw. am Halter (bei einem Festsattel) abstützbar ist, mit einer Materialschicht versehen ist, die sich vom Material des Bremssattelgrundkörpers unterscheidet.
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Bevorzugt ist die Schichtdicke dieser Materialschicht kleiner als 5 mm. Besonders bevorzugt befindet sich die Schichtdicke dieser Materialschicht zwischen 0,2 - 2,5 mm.
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Bevorzugt besteht der Bremssattelgrundkörper dabei aus einem leichten Werkstoff, wie beispielsweise einem Aluminium. Um beim Kontakt bzw. beim Anstoß des Bremsbelags am Bremssattelkörper eine zu hohe Flächenpressung (aufgrund des bevorzugt weichen Werkstoffs des Bremssattelgrundkörpers) zu vermeiden, ist die Materialschicht auf der Kontaktfläche der Aussparung bevorzugt aus einem Material höherer Festigkeit ausgebildet, als das Material des Bremssattelgrundkörpers selbst. Beispielsweise ist es möglich die Kontaktfläche der Aussparung mit einer dünnen Stahl- oder Titanschicht zu versehen, welche höhere Festigkeits- bzw. Steifigkeitseigenschaften als ein weicherer beispielsweise aus Aluminium bestehender Bremssattelgrundkörper aufweist.
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Durch eine solche (härtere) Materialschicht kann die Kontaktfläche der Aussparung des Bremssattels kleiner ausgebildet sein, wodurch weniger Spiel zum Verkippen des Bremsbelags in der Aussparung des Bremssattels gegeben ist. Somit entstehen definierte Kontaktflächen des Bremsbelags bzw. der Trägerplatte mit dem Bremssattelgrundkörper (bzw. bei einem Festsattel des Halters), wodurch Bremsgeräusche verringert und das akustische Bremsverhalten bei einem Bremsvorgang einfacher analysier- bzw. berechenbar ist. Des Weiteren bringt die erfindungsgemäße Materialschicht den Vorteil mit sich, dass eine geringere Kontaktfläche erforderlich ist und somit Material und Gewicht am Bremssattel eingespart werden kann.
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Die genannte Materialschicht muss dabei nicht zwingendermaßen an der gesamten Kontaktfläche der Aussparung angebracht sein, sondern kann auch nur partiell, an bestimmen Stellen angebracht bzw. ausgebildet sein. So kann beispielsweise die genannte Kontaktfläche der Aussparung des Bremssattelgrundkörpers, an welcher sich der Bremsbelag in Umfangsrichtung der Bremsscheibe bei einem Bremsvorgang abstützt, über deren gesamten Verlauf oder nur an denjenigen Stellen bzw. Teilflächen angeordnet sein, an welchen sich der Bremsbelag bei einem Bremsvorgang (punktuell) abstützt. Insbesondere bei einer solchen partiellen Anordnung der Materialschicht kann nochmals Gewicht am Bremssattel eingespart werden.
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Die genannte Materialschicht der Kontaktfläche der Aussparung des Bremssattelgrundkörpers hebt sich dabei bevorzugt von der Oberfläche des Bremssattelgrundkörpers ab. Damit kann sichergestellt werden, dass nur mehr die Materialschicht mit dem Bremsbelag bzw. der Trägerplatte bei einem Bremsvorgang in Kontakt steht. Insbesondere bei einer bereits genannten partiellen Anordnung der Materialschicht kann somit Material eingespart und dennoch ein den angreifenden Abstützkräften des Bremsbelags standhaltender Bremssattel gewährleistet werden. Außerdem ist der Nachbearbeitungsaufwand deutlich geringer, da nur mehr weniger Fläche nachzubearbeiten ist, als wenn die gesamte Kontaktfläche bearbeitet werden muss. Denn die Fläche zwischen den Materialschichten muss in einem solchen Falle nicht mehr nachbearbeitet werden. Bei der Dimensionierung der Größe der Aussparung zur Aufnahme des Bremsbelags muss dann selbstverständlich die zusätzliche Schichtdicke der Materialschicht mitberücksichtig werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die genannte Materialschicht der Kontaktfläche der Aussparung aus dem gleichen Material wie der Teil des Bremsbelags, welcher während eines Bremsvorgangs an dieser abstützbar ist. Durch die Ausführung der (bevorzugt hochfesten) Materialschicht mit dem gleichen Material wie der Bremsbelag bzw. der Trägerplatte kann eine Korrosionsgefahr zwischen den Kontaktpartnern vermindert und damit die Mobilität des Bremsbelags über die Lebensdauer des Bremssattels hinweg gesichert bzw. verlängert werden.
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Durch die Verwendung einer Materialschicht an den Kontaktflächen der Aussparung des Bremssattelgrundkörpers zur Aufnahme eines Bremsbelags kann ein Bremssattel eines Bremssystems aufgezeigt werden, welcher neben einem geringen Gewicht, konstruktiv einfach aufgebaut und zu fertigen ist, wobei unerwünschte Bremsgeräusche vorteilhaft vermieden werden können. Bei thermischer oder mechanischer Überlast des Bremssattelgrundkörpers bleibt die Kontaktfläche zwischen Bremsbelag bzw. Trägerplatte und Bremssattelgrundkörper (bzw. dem Halter bei einem Festsattel) plan und eben. Damit bleiben die entwickelten Eigenschaften des Bremssattels bezüglich Komfort bzw. Akustik (z.B. Bremsenquietschen und Bremspedalgefühl) vorteilhaft erhalten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Materialschicht der Kontaktfläche der Aussparung stoffschlüssig mit dem Bremssattelgrundkörper verbunden.
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Diese kann beispielsweise als vorgefertigte Platte bzw. Patch (oder mehrere Patches) mit der Kontaktfläche der Aussparung verklebt oder verschweißt werden. Hierzu kann das Patch, beispielsweise ein Stahlpatch, mittels eines Industrieroboters schnell und aufwandsarm verschweißt oder verklebt werden.
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Genauso ist es denkbar die Materialschicht der Kontaktfläche der Aussparung mittels eines additiven Fertigungsverfahrens auf den Bremssattelgrundkörper aufzutragen.
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Mittels eines geeigneten additiven Fertigungsverfahrens kann die Materialschicht aus formlosen (Flüssigkeiten, Pulver oder ähnlichem) Material mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse aufgebaut werden. Dabei sind keine speziellen Werkzeuge erforderlich. Wird die Materialschicht auf die Kontaktfläche der Aussparung des Bremssattelgrundkörpers aufgetragen, so wird dieser stoffschlüssig, wie bei einer Verschweißung, also unlösbar mit dem Bremssattel verbunden. Bevorzugt kann dabei die Materialschicht mittels eines Lasersinterverfahrens oder mittels eines Laserauftragsschweißverfahrens hergestellt bzw. aufgebaut werden. Jedoch können auch andere additive Fertigungsverfahren, wie beispielsweise das sogenannte „selective heat sintering“ oder Elektronenstrahlschmelzen oder ähnliche Herstellungsverfahren verwendet werden.
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Ein Vorteil bei der Verbindung der Materialschicht mit dem Bremssattelgrundkörper in einem additiven Fertigungsverfahren ist, dass so innerhalb eines Verfahrens die Materialschicht stoffschlüssig mit dem Bremssattel verbunden werden kann und dennoch zwei unterschiedliche Materialien verwendet werden können. Zudem ist die Materialschicht bei der Verwendung eines additiven Fertigungsverfahrens in ihrer Geometriefreiheit nahezu uneingeschränkt. Es können also unterschiedliche Dicken, Geometrien und Größen der Materialschicht für unterschiedliche Bremssattelanforderungen, Bremssysteme oder Fahrzeugvarianten einfach umgesetzt werden.
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Bei einer solchen stoffschlüssigen Verbindung (mittels eines addtivien Fertigungsverfahrens oder in einem Schweiß- oder Klebprozess) verlängert sich der Fertigungsprozess um lediglich einen verhältnismäßig kurzen Arbeitsschritt zwischen beispielsweise der Abkühlung des Bremssattelgrundkörpers nach einem Gussprozess und der Nachbearbeitung der Kontaktflächen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Bremssattelgrundkörper selbst mittels eines additiven Fertigungsverfahrens aufgebaut wird und die genannte Materialschicht im selben Herstellungsprozess mit dem Bremssattelgrundkörper hergestellt und gleichzeitig verbunden wird. Diese Ausführung hat insbesondere hinsichtlich des Fertigungsaufwands große Vorteile. Denn die Materialschicht kann ohne großen Aufwand mit dem Bremssattelgrundkörper in einem gemeinsamen Verfahren hergestellt werden.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich genommen schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.
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1 zeigt einen Teil bzw. eine Hälfte eines Bremssattels eines Scheibenbremssystems eines Fahrzeuges. Die Trennebene der (in diesem Falle zwei) Bremssattelhälften ist im Einbauzustand des Bremssattels mit einer Bremsscheibenebene parallel, wobei die beiden Hälften über beispielsweise eine nicht aufgezeigte Bremssattelbrücke mittels Verschraubungen an den vorgefertigten Bohrungen 7 verbunden werden können und somit die Bremsscheibe umgreifen.
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Der Bremssattel bzw. die abgebildete Bremssattelhälfte umfasst dabei einen Bremssattelgrundkörper 1, welcher über zwei zylinderförmige Aussparungen 1.1 zur Aufnahme eines nicht abgebildeten Bremskolbens dient. Diese Bremskolben drücken bei einem Bremseingriff ebenfalls nicht aufgezeigte Bremsbeläge gegen die Bremsscheibe. Zur (verschiebbaren) Aufnahme dieses Bremsbelags ist in den Bremssattelgrundkörper 1 ebenfalls eine Aussparung 1.2 vorgesehen. Erfindungsgemäß ist zumindest ein Teil einer Kontaktfläche der Aussparung 1.2, an welcher Kontaktfläche der Bremsbelag am Bremssattelgrundkörper 1 abstützbar ist, aus einer Materialschicht 2 aufgebaut, die sich vom Material des Bremssattelgrundkörpers 1 unterscheidet.
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Die Materialschicht 2 ist in diesem konkreten Beispiel an den beiden Kontaktflächen 1.3 (welche in 1 nicht erkennbar sind da diese von der Materialschicht 2 überdeckt sind) des Bremssattelgrundkörpers 1 angebracht, an welchen der Bremsbelag in Umfangsrichtung U der Bremsscheibe am Bremssattelgrundkörper 1 abstütztbar ist. Je nachdem ob das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts fährt kann der Bremsbelag entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhrzeigersinns in Umfangsrichtung U der Bremsscheibe betrachtet an die eine oder die andere Kontaktfläche 1.3 anstoßen. Die Materialschicht 2 auf einer der Kontaktflächen 1.3 ist in 1 schwarz markiert. Diese Materialschicht 2 besteht dabei aus einem höherfesten Material als der Bremssattelgrundkörper 1 selbst. Beispielsweise kann die Materialschicht 2 aus einem Stahl und/oder einem Titan-Werkstoff gebildet sein.
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Dies hat zum Vorteil, dass die beiden Kontaktflächen der Aussparung des Bremssattelgrundkörpers 1 kleiner ausgebildet sind, wodurch weniger Spiel zum Verkippen des Bremsbelags in der Aussparung des Bremssattels gegeben ist. Somit entstehen definierte Kontaktflächen des Bremsbelags bzw. der Trägerplatte mit dem Bremssattelgrundkörper 1, wodurch Bremsgeräusche verringert und das akustische Bremsverhalten bei einem Bremsvorgang einfacher analysier- bzw. berechenbar ist. Des Weiteren bringt die Materialschicht 2 den Vorteil mit sich, dass eine geringere Kontaktfläche erforderlich ist und somit Material und Gewicht am Bremssattel eingespart werden kann.
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Die Materialschicht 2 hebt sich in diesem Beispiel von der Oberfläche des Bremssattelgrundkörpers 1 ab. Bei einem beispielhaften bzw. bevorzugten Herstellungsprozess der Materialschicht 2 in einem additiven Fertigungsverfahren, beschreibt eine solche Abhebung von der Sattelgrundkörperoberfläche eine einfache und aufwandsarme Lösung. Durch den bevorzugten additiven Fertigungsprozess der Materialschicht 2 wird diese stoffschlüssig und damit unlösbar und fest an den Bremssattelgrundkörper 1 angebracht.
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In 2 ist die gleiche Bremssattelhälfte wie in 1 aufgezeigt, mit dem einzigen Unterschied, dass die Materialschicht 2 nicht die gesamte Oberfläche der Kontaktfläche 1.3 der Aussparung 1.2 des Bremssattelgrundkörpers 1 überdeckt, sondern nur einen Teil. Insbesondere bei einer solchen partiellen Anordnung der Materialschicht 2 kann nochmals Gewicht am Bremssattel eingespart werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremssattelgrundkörper
- 1.1
- Aussparung
- 1.2
- Aussparung
- 1.3
- Kontaktfläche
- 2
- Materialschicht
- 3
- Bohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2004010020 A1 [0001]
- DE 102006052178 A1 [0001]
- DE 10113347 A1 [0006]
