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Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse für ein Fahrzeug gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1 sowie ein Betriebsverfahren für eine solche Scheibenbremse gemäß der Gattung des Patentanspruchs 10.
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Scheibenbremsen für Fahrzeuge sowie korrespondierende Betriebsverfahren für solche Scheibenbremsen sind in zahlreichen Variationen bekannt. Die Scheibenbremsen können einen ersten Bremssattel und einen zweiten Bremssattel umfassen, welche einer Bremsscheibe zugeordnet sind. Eine Auswerte- und Steuereinheit stellt eine Bremswirkung über einen Anpressdruck von mindestens einem ersten Bremsbelag des ersten Bremssattels ein.
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Aus der
DE 10 2010 049 547 A1 ist eine gattungsgemäße Scheibenbremse für ein Fahrzeug bekannt, welche einen ersten Bremssattel und einen separaten zweiten Bremssattel umfasst, welche einer Bremsscheibe zugeordnet sind. Der erste Bremssattel umfasst zumindest einen ersten Bremsbelag, welcher selektiv insbesondere elektromechanisch an die Bremsscheibe anpressbar ist. Zudem kann ein zweiter Bremsbelag des zweiten Bremssattels hydraulisch gegen die Bremsscheibe gepresst werden. Die beiden Bremssättel sind funktionell eigenständige Einheiten, welche zusammenwirken oder eigenständig betrieben werden können. Die beiden Bremssättel können in Umfangrichtung der Bremsscheibe beliebig verteilt angeordnet werden.
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Aus der
DE 196 26 901 A1 ist eine Scheibenbremse für ein Fahrzeug mit einer Bremsscheibe und mindestens zwei Bremsbelagsätzen bekannt. Die beiden Bremsbelagsätze sind in Umfangrichtung hintereinander angeordnet und separat jeweils mittels mindestens einer Kolbenzylindereinheit hydraulisch belastbar. Pro Bremsbelagsatz wirkt jeweils ein Bremsbelag auf einer anderen Bremsscheibenseite. Hier werden zwei separat betätigte Bremsbelagsätze in einem gemeinsamen oder in zwei separaten Bremssätteln um 60° bis 120° zueinander versetzt angeordnet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Scheibenbremse für ein Fahrzeug und ein korrespondierendes Betriebsverfahren für eine Scheibenbremse bereitzustellen, welche während eines Bremsvorgangs eine Geräuschbildung reduzieren.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Bereitstellung einer Scheibenbremse für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch Bereitstellung eines Betriebsverfahrens für eine Scheibenbremse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Scheibenbremse für ein Fahrzeug bereitzustellen, welche während eines Bremsvorgangs eine Geräuschbildung reduziert, erfasst mindestens eine Sensoreinheit eine physikalische Größe, welche Schwingungen der Bremsscheibe repräsentiert, und gibt diese an eine Auswerte- und Steuereinheit aus, welche während eines Bremsvorgangs in Abhängigkeit der erfassten physikalischen Größe eine Dämpfungswirkung eines zweiten Bremssattels über einen Anpressdruck von mindestens einem zweiten Bremsbelag an der Bremsscheibe einstellt und die Schwingungen der Bremsscheibe dämpft.
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Um ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsscheibe bereitzustellen, welches während eines Bremsvorgangs eine Geräuschbildung reduziert, wird während eines Bremsvorgangs in Abhängigkeit einer erfassten physikalischen Größe, welche eine Schwingung der Bremsscheibe repräsentiert, eine Dämpfungswirkung eines zweiten Bremssattels über einen Anpressdruck von mindestens einem zweiten Bremsbelag an der Bremsscheibe eingestellt und die Schwingungen der Bremsscheibe gedämpft.
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Unter einer Scheibenbremse wird im Folgenden eine Bremsvorrichtung verstanden, welche einem Fahrzeugrad zugeordnet ist. In der Regel umfasst ein Bremssystem für ein Fahrzeug für jedes Fahrzeugrad eine solche Scheibenbremse.
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Unter einer Sensoreinheit wird eine Baugruppe verstanden, welche eine physikalische Größe, wie beispielsweise eine Schwingungsamplitude und/oder eine Schwingungsfrequenz, erfasst und in elektrische bzw. elektronische Sensorsingale umwandelt. Die Sensoreinheit gibt diese Sensorsignale an die Auswerte- und Steuereinheit aus, welche die Sensorsignale auswertet.
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In vorteilhafter Weise kann die Bremsscheibe während des Bremsvorgangs zwischen den beiden Bremssätteln in Umfangrichtung der Bremsscheibe eingespannt werden. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Schwingungsfrequenz und/oder eine Schwingungsamplitude der Bremsscheibe verändert werden. Zudem kann ein Übertragen der von der Bremsscheibe erzeugten Schwingungen auf andere Bauteile durch das Einspannen erschwert werden. Hierbei können in vorteilhafter Weise korrespondierende Störgeräusche zumindest reduziert oder vollständig verhindert werden. Zudem kann über den Anpressdruck des mindestens einen zweiten Bremsbelags die Einspannkraft variiert werden. Des Weiteren kann der Anpressdruck des mindestens einen zweiten Bremsbelags zur Bremswirkung beitragen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibenbremse kann die Auswerte- und Steuereinheit den Anpressdruck des mindestens einen ersten Bremsbelags über einen hydraulischen Aktuator einstellen. Dadurch kann der Anpressdruck des mindestens einen ersten Bremsbelags in vorteilhafter Weise über bekannte Verfahren eingestellt und variiert werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibenbremse kann die Auswerte- und Steuereinheit den Anpressdruck des mindestens einen zweiten Bremsbelags über einen elektromagnetischen Aktuator einstellen. In vorteilhafter Weise kann über einen elektromagnetischen Aktuator schnell eine Änderung des Anpressdrucks des mindestens einen zweiten Bremsbelags vorgenommen werden. Hierbei kann schnell auf eine Änderung der Situation, wie beispielsweise einer Änderung der aktuellen Bremskraft oder eine Änderung der Schwingung der Bremsscheibe aufgrund von äußeren Einflüssen, wie beispielsweise der Oberflächenbeschaffenheit der Fahrbahn, reagiert werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibenbremse kann mindestens einer der beiden Bremssättel mindestens eine Bremssattelkomponente aufweisen, welche mit einer Kühlvorrichtung gekoppelt ist. Hierbei kann die mindestens eine Bremssattelkomponente mindestens eine Kühlstruktur mit mindestens einem Kühlkanal aufweisen. In vorteilhafter Weise kann die mindestens eine Bremssattelkomponente von einem Gas oder einer Flüssigkeit gekühlt werden. Durch das Kühlen können in vorteilhafter Weise starke Temperaturschwankungen in der Bremssattelkomponente unterbunden und dadurch eine Abnutzung oder Beschädigung dieser Komponente verhindert werden. In einer bevorzugten Ausführung weisen beide Bremssättel Kühlkanäle auf, um die Temperatur im gesamten Bremssattel zu regulieren.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibenbremse kann die mindestens eine Bremssattelkomponente als Haltevorrichtung ausgeführt werden, welche den mindestens einen korrespondierenden Bremsbelag aufnimmt. In vorteilhafter Weise kann die in Wärme umgewandelte Reibungsenergie des mindestens einen an die Bremsscheibe gepressten Bremsbelags durch das Kühlmittel in den Kühlkanälen der Bremssattelkomponente schnell abgeführt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibenbremse kann zumindest die mindestens eine Bremssattelkomponente als Metalldruckteil ausgeführt werden. In vorteilhafter Weise können mittels eines 3D-Druckvorgangs mit einem 3D-Drucker Bauteile mit komplexen Formen hergestellt werden. Dadurch können in vorteilhafter Weise Kühlkanäle und Reservoirs für das Kühlmittel möglichst dicht an der Oberfläche der Bremssattelkomponente geschafften werden. Nimmt die mindestens eine Bremssattelkomponente den mindestens einen Bremsbelag auf, können die dicht an der Oberfläche angeordneten Kühlkanäle den mindestens einen Bremsbelag besser und effektiver kühlen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibenbremse kann die mindestens eine Sensoreinheit am ersten Bremssattel und/oder am zweiten Bremssattel angeordnet werden. Hierbei kann eine Sensoreinheit am ersten oder am zweiten Bremssattel angeordnet werden. Alternativ kann sowohl der erste Bremssattel als auch der zweite Bremssattel eine solche Sensoreinheit aufweisen. In vorteilhafter Weise erfasst die mindestens eine Sensoreinheit Schwingungen des korrespondierenden Bremssattels. Diese Schwingungen können anteilig von der Bremsscheibe stammen, so dass die von der Bremsscheibe auf den mindestens einen Bremssattel übertragenen Schwingungen über die mindestens eine Sensoreinheit von der Auswerte- und Steuereinheit ermittelt werden können.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibenbremse kann der zweite Bremssattel am Umfang der Bremsscheibe so versetzt zum ersten Bremssattel angeordnet werden, dass eine Mittelachse des zweiten Bremssattels einen Winkel im Bereich zwischen 120° und 240° zur Mittelachse des ersten Bremssattels aufweisen kann. In einer bevorzugten Ausführung sind die beiden Mittelachsen der Bremssättel gegenüberliegend, d.h. um 180° versetzt zueinander angeordnet. Dadurch weisen die Bremssättel umfangseitig den größtmöglichen Abstand zueinander auf, wodurch die Schwingungen der Bremsscheibe besonders effektiv reduziert werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen. Hierbei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse für ein Fahrzeug.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, weist eine Scheibenbremse 1 für ein Fahrzeug eine Bremsscheibe 30 auf, welcher jeweils zwei Bremssättel 10, 20 zugeordnet sind. Eine Auswerte- und Steuereinheit 40 stellt eine Bremswirkung der Scheibenbremse 1 über einen Anpressdruck von mindestens einem ersten Bremsbelag des ersten Bremssattels 10 ein.
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Erfindungsgemäß erfasst mindestens eine Sensoreinheit 50 eine physikalische Größe, welche Schwingungen der Bremsscheibe 30 repräsentiert, und gibt diese an die Auswerte- und Steuereinheit 40 aus, welche während eines Bremsvorgangs in Abhängigkeit der erfassten physikalischen Größe eine Dämpfungswirkung eines zweiten Bremssattels 20 über einen Anpressdruck von mindestens einem zweiten Bremsbelag an der Bremsscheibe 30 einstellt und die Schwingungen der Bremsscheibe 30 dämpft.
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Die erfindungsgemäße Scheibenbremse 1 ist einem nicht dargestellten Rad des Fahrzeugs zugeordnet. Hierbei kann ein nicht dargestelltes Bremssystem des Fahrzeugs mehrere unterschiedliche Bremsvorrichtungen aufweisen, wobei zumindest eine erfindungsgemäße Scheibenbremse 1 einem der vorhandenen Räder zugeordnet ist. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Scheibenbremse 1 jedem der vorhandenen Räder oder den Rädern einer Vorderachse oder den Rädern einer Hinterachse zugeordnet werden. Zudem kann eine Kombination aus erfindungsgemäßen Scheibenbremsen 1, anderen geeigneten Scheibenbremsen, Wirbelstrombremsen und Trommelbremsen in einem Fahrzeug eingesetzt werden. In diesem Fall kann jede Bremsvorrichtung eine eigene Auswerte- und Steuereinheit 40 umfassen, oder die Bremsvorrichtungen können sich eine Auswerte- und Steuereinheit 40 teilen. Zudem kann eine bereits im Fahrzeug vorhandene Auswerte- und Steuereinheit 40 die beschriebenen Aufgaben für die mindestens eine erfindungsgemäße Scheibenbremse 1 übernehmen.
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Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, umfassen die beiden Bremssättel 10, 20 jeweils mehrere Komponenten, welche eine Klammer mit zwei Haltevorrichtungen 11, 21 und einer Verbindungsvorrichtung 12, 22 ausbilden. Die Bremsscheibe 30 ist zwischen den Haltevorrichtungen 11, 21 der Klammern angeordnet. Hierbei nimmt jede Haltevorrichtung 11, 21 einen nicht näher dargestellten Bremsbelag auf. Während eines Bremsvorgangs werden die in den Haltevorrichtungen 11, 21 eines Bremssattels 10, 20 angeordneten Bremsbeläge in Richtung Bremsscheibe 30 bewegt, so dass die Bremsscheibe 30 zwischen den beiden ersten Bremsbelägen des ersten Bremssattels 10 und den beiden zweiten Bremsbelägen des zweiten Bremssattels 20 eingeklemmt wird. Hierbei wird der Anpressdruck des ersten Bremssattels 10 so eingestellt, dass die gewünschte Bremswirkung erzielt wird. Der Anpressdruck des zweiten Bremssattels 20 wird so eingestellt, dass die Schwingungsdämpfung erfolgt. Hierbei kann der Anpressdruck des zweiten Bremssattels 20 zur Bremswirkung und der Anpressdruck des ersten Bremssattels 10 zur Schwingungsdämpfung beitragen. Zudem wird die Bremsscheibe 30 zwischen den beiden Bremssätteln 10, 20 eingespannt. Die von den beiden Bremssätteln 10, 20 auf die Bremsscheibe 30 übertragenen Kräfte hängen von der erwünschten Bremswirkung und von den ermitteln Schwingungen der Bremsscheibe 30 ab. Die Auswerte- und Steuereinheit 40 stellt den Anpressdruck der beiden ersten Bremsbeläge des ersten Bremssattels 10 im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils über einen hydraulischen Aktuator ein. Zudem stellt die Auswerte- und Steuereinheit 40 den Anpressdruck der beiden zweiten Bremsbeläge des zweiten Bremssattels 20 im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils über einen elektromagnetischen Aktuator ein. In einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1 können lediglich hydraulische Aktuatoren verwendet werden, um die Anpressdrücke der Bremsbeläge einzustellen. In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1 können lediglich elektromagnetische Aktuatoren verwendet werden, um die Anpressdrücke der Bremsbeläge einzustellen. Zudem können dem ersten Bremssattel 10 die elektromagnetischen Aktuatoren und dem zweiten Bremssattel 20 die hydraulischen Aktuatoren zugeordnet werden.
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Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, sind beide Bremssättel 10, 20 mit einer Kühlvorrichtung 60 gekoppelt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Bremssättel 10, 20 jeweils eine Kühlstruktur 62 mit mehreren Kühlkanälen 64, 66 auf. In einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1 können lediglich die als Haltevorrichtungen 11, 21 ausgeführten Bremssattelkomponenten, welche die Bremsbeläge aufnehmen, die Kühlstruktur 62 mit mindestens einem Kühlkanal 66 aufweisen. In einem weiteren alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können lediglich die als Verbindungsvorrichtungen 12, 22 ausgeführten Bremssattelkomponenten, welche die Haltevorrichtungen 11, 12 eines Bremssattels 10, 20 miteinander verbinden, die Kühlstruktur 62 mit mindestens einem Kühlkanal 64 aufweisen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1 sind beide Bremssättel 10, 20 mit einer separaten Kühlvorrichtung 60 gekoppelt. In einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1 kann lediglich eine gemeinsame Kühlvorrichtung 60 mit beiden Bremssätteln 10, 20 gekoppelt werden. Zudem kann lediglich einer der beiden Bremssättel 10, 20 mit der Kühlvorrichtung 60 gekoppelt werden und die Kühlstruktur 62 aufweisen. Des Weiteren kann, wenn weitere erfindungsgemäße Scheibenbremsen 1 im Fahrzeug vorhanden sind, eine Kühlvorrichtung 60 allen Bremssätteln 10, 20 im Fahrzeug zugordnet werden. Die Kühlung kann über eine Flüssigkeit oder über ein Gas erfolgen.
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Vorzugsweise ist zumindest eine der Bremssattelkomponenten als Metalldruckteil ausgeführt. Hierbei können die Kühlkanäle 64, 66 bei einer als Metalldruckteil ausgeführten Bremssattelkomponente einfacher eingebracht werden. Zudem können die Kühlkanäle 64, 66 sehr dicht an der Oberfläche angeordnet werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1 sind die Haltevorrichtungen 11, 21 und die Verbindungsvorrichtung 12, 22 der beiden Bremssättel 10, 20 jeweils als Metalldruckteil ausgeführt. Es können aber auch nur die Komponenten einer der beiden Bremssättel 10, 20 oder nur eine Komponente der Bremssättel 10, 20 als Metalldruckteil ausgeführt werden. Durch das 3D-Metalldruckverfahren können die Bremssättel 10, 20 einstückig als Metalldruckteil hergestellt werden. Dadurch kann das Fügen der einzelnen Komponenten, d.h. der Haltevorrichtungen 11, 21 mit der Verbindungsvorrichtung 12, 22 entfallen.
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Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, ist die mindestens eine Sensoreinheit 50 am ersten Bremssattel 10 angeordnet. Die Sensoreinheit wandelt die erfasste physikalische Größe in elektrische Sensorsignale S um, welche von der Auswerte- und Steuereinheit 40 ausgewertet werden. In einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1 kann die Sensoreinheit 50 am zweiten Bremssattel angeordnet werden. Zudem kann die erfindungsgemäße Scheibenbremse 1 zwei oder mehre Sensoreinheiten 50 aufweisen, so dass an jedem Bremssattel 10, 20 mindestens eine Sensoreinheit 50 angeordnet werden kann. Die Sensoreinheit 50 erfasst hierbei Schwingungen, welche von der Bremsscheibe 30 auf den korrespondierenden Bremssattel 10, 20 übertragen werden.
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Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, ist der zweite Bremssattel 20 so am Umfang der Bremsscheibe 30 versetzt zum ersten Bremssattel 10 angeordnet, dass eine Mittelachse MA2 des zweiten Bremssattels 20 einen Winkel im Bereich zwischen 120° und 240° zur Mittelachse MA1 des ersten Bremssattels 10 aufweist. Im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1 sind die beide Bremssättel 10, 20 einander gegenüberliegen angeordnet, so dass die Mittelachsen MA1, MA2 um 180° versetzt zueinander angeordnet sind. Dies entspricht dem größtmöglichen Abstand zwischen den beiden Bremssätteln 10, 20.
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Bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren für eine Scheibenbremse 1 wird eine Bremswirkung durch einen Fahrer oder eine Auswerte- und Steuereinheit des Fahrzeugs vorgegeben. Daraus wird ein Anpressdruck für mindestens einen ersten Bremsbelag eines ersten Bremssattels 10 ermittelt. In einem weiteren Verfahrensschritt werden korrespondierende erste Steuersignale St1 an Aktuatoren des ersten Bremssattels 10 ausgegeben, welche den Anpressdruck des mindestens einen ersten Bremsbelags entsprechend einstellen.
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Erfindungsgemäß wird in einem weiteren Verfahrensschritt während eines Bremsvorgangs eine physikalischen Größe erfasst, welche Schwingungen der Bremsscheibe 30 repräsentiert. In Abhängigkeit der erfassten physikalischen Größe wird eine Dämpfungswirkung des zweiten Bremssattels 20 über einen Anpressdruck von mindestens einem zweiten Bremsbelag an der Bremsscheibe 30 eingestellt und die Schwingungen der Bremsscheibe 30 gedämpft. Hierbei werden entsprechende zweite Steuersignale St2 an die Aktuatoren des zweiten Bremssattels 20 ausgegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scheibenbremse
- 10
- erster Bremssattel
- 11
- Haltevorrichtung
- 12
- Verbindungsvorrichtung
- 20
- zweiter Bremssattel
- 21
- Haltevorrichtung
- 22
- Verbindungsvorrichtung
- 30
- Bremsscheibe
- 40
- Auswerte- und Steuereinheit
- 50
- Sensoreinheit
- 60
- Kühlvorrichtung
- 62
- Kühlstruktur
- 64, 66
- Kühlkanal
- S
- Sensorsignal
- St1, St2
- Steuersignal
- MA1, MA2
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010049547 A1 [0003]
- DE 19626901 A1 [0004]
