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Die Erfindung betrifft eine Bremsbelaghaltefeder zum Führen von einem Bremsbelagträger, der einen Bremsbelag aufnimmt, und sich in Zustell- und Rückstellrichtung in einem Bremssattel eines Kraftfahrzeugs bewegt, wobei die Bremsbelaghaltefeder über wenigstens eine Kontaktfläche mit dem Bremsbelagträger in Kontakt steht, mittels welcher Führungskräfte übertragen werden. Bei dieser Bremsbelaghaltefeder ist vorgesehen, dass die Kontaktfläche in Zustell- und Rückstellrichtung dahingehend optimiert ist, dass die Oberflächenstruktur der Kontaktfläche anregungsminimierend ist
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Bremsbelaghaltefeder finden im Automobilbau große Verwendung und dienen einerseits als Gleitfläche für den Bremsbelagträger und sind andererseits mit dem Bremssattel reib- und formschlüssig verbunden. Während einer Bremsung verfährt der Bremsbelagträger zur Bremsscheibe hin und gleitet dabei über einen Vorsprung auf der Bremsbelaghaltefeder und schützt dadurch den Bremssattel vor Verschleiß, da die Bremsbelaghaltefeder zusammen mit den Bremsbelägen gewechselt wird. Neben guten Gleiteigenschaften muss die Bremsbelaghaltefeder auch weitere Aufgaben übernehmen, etwa über eine Geräuschvermeidung verfügen.
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Eine derartige Bremsbelaghaltefeder ist aus der
WO2017114870A1 bekannt. Aus der vorbekannten Bremsbelaghaltefeder wurde eine Oberflächenstruktur mit dem Ziel aufgebracht, dass die Bewegung des Bremsbelagträgers in Richtung der Bremsscheibe Zustellrichtung schwieriger ist als in die Rückstellrichtung. Hierfür ist vorgesehen eine schuppenartige Oberfläche auf die Bremsbelaghaltefeder aufzubringen, wodurch ein richtungsabhängiger Reibwert entsteht. Vorteile ergeben sich hierdurch insbesondere bei Fahrten des Kraftfahrzeugs auf unebener Fahrbahn, da der Bremsbelag durch die Erschütterungen nicht gegen die Bremsscheibe bewegt wird, wodurch störende Geräusche entstehen könnten. Durch die einfachere Verfahrmöglichkeit des Bremsbelagträgers zurück in seine Ursprungsposition ist eine einfache Rückstellung gewährt. Da die Kraft des Bremsaktuators groß genug ist, ergeben sich durch die kraftaufwändigere Zustellung keine Nachteile gegenüber einer herkömmlichen Bremsbelaghaltefeder.
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Durch häufige Bremsbetätigung hat sich allerdings gezeigt, dass die Kontaktfläche einem Verschleiß unterliegt, wodurch die Funktionsfähigkeit der Bremsbelaghaltefeder stark beeinträchtigt wird. Insbesondere treten mit zunehmendem Verschleiße der Bremsbelaghaltefeder hochfrequente Störgeräusche auf, die in den Fahrgastraum treten und dort zu Fahrkomforteinbußen führen können. Die Verlängerung von Wartungsintervallen von Kraftfahrzeugbremsen führen dazu, dass auch Bremsbelaghaltefedern längere Lebenszyklen durchlaufen müssen und daher eine erhöhte Verschleißfähigkeit aufbringen müssen.
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Durch den zunehmenden Verschleiß an der Bremsbelaghaltefeder wird die Rückstellung des Bremsbelags erschwert, wodurch der Belag nicht mehr in seine Sollposition zurückverfahren kann und sich ein verändertes Lüftspiel ergibt. Das Lüftspiel beschreibt den Abstand zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe und ist ein wichtiger Parameter bei der Zustellgeschwindigkeit der Bremse und hat auch einen Einfluss auf das Bremsgefühl des Fahrers. Das Lüftspiel sollte daher möglichst konstant sein, was jedoch bei verschlissenen Bremsbelaghaltefedern nicht gewährleistet werden kann. Die Rückstellkraft, der sogenannte „Roll-back-Effekt“ des Bremskolbens reicht für eine Rückstellung gegebenenfalls nicht aus, was eine schleifende Bremse bewirkt. Ein erhöhter Kraftstoffverbrauch und Lärmemissionen sind die Folge.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Bremsbelaghaltefeder der eingangs erwähnten Gattung vorzuschlagen bei der die Wartungsintervalle gegenüber dem Stand der Technik verlängert werden können und eine Rückstellung des Bremsbelags auch bei häufig betätigter Bremse zu gewährleisten. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung den Stand der Technik dahingehend zu verbessern, dass die Betätigungsenergie des Bremsaktuators sowohl in Zustell- und Rückstellrichtung gleichbleibend ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kontaktfläche zwischen Bremsbelaghaltefeder und Bremsbelagträger in Zustell- und Rückstellrichtung anregungsminimiert ausgestaltet ist. Die Kontaktfläche verfügt hierfür über eine Oberflächenstruktur, welche Frequenz- und Amplitudenverändernde Eigenschaften mit sich bringt und eine Anregungsminimierung erzielt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands sind den Unteransprüchen 2 bis 15 zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß verfügt die Bremsbelaghaltefeder hierfür über eine Oberflächenstruktur, welche die Steifigkeit in diesem Bereich beeinflusst. Hierfür ist vorgesehen, dass die Oberfläche über Vertiefungen und Erhebungen aufweist, die ein wiederholendes Muster bilden und sich in Richtung einer Wiederholungsrichtung erstrecken, wobei sich das Muster auf der Kontaktfläche wenigstens fünf Mal wiederholt. Diese sich wiederholende Muster kann entweder materialabtragend oder materialverformend aufgebracht werden. Durch dieses Muster und die damit bildenden Erhebungen und Vertiefungen beeinflussen die Materialpaarung zwischen Bremsbelaghaltefeder und Bremsbelagträger dahingehend, dass der Bremsbelagträger zunächst die Erhebungen des sich wiederholenden Musters berührt und mit zunehmender Bremsbetätigung abträgt.
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Der Kontakt zwischen Bremsbelagträger und Kontaktfläche beschränkt sich zunächst auf die Erhebungen, wodurch die Kontaktfläche verringert, ist gegenüber einer Oberfläche ohne Oberflächenstruktur. Durch den Abtrag der Spitzen dieser Erhebungen verbleibt ein längerer Zeitraum gegenüber dem Stand der Technik bis der Bremsbelagträger als verschlissen gilt. Durch eine ausreichend hohe Wiederholung des Musters ist gewährleistet, dass wenigstens fünf Erhebungen mit dem Bremsbelagträger in Eingriff stehen. Durch die Erhebungen und Vertiefungen wird nicht nur der Materialverschleiß gesenkt, was die Lebensdauer der Bremsbelaghaltefeder erhöht, sondern auch die Betätigung in Zustell- und Rückstellrichtung durch den Bremsaktuator wird vereinfacht. Hierdurch ergeben sich insbesondere Vorteile für den „Roll-back-Effekt“, da der Bremsbelagträger kraftsparender von der Bremsscheibe entfernt werden kann.
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Die veränderte Oberflächenstruktur kann eine mikroskopische Struktur mit einer Strukturhöhe von 0,05 bis 0,005 mm aufweisen, wobei diese Oberflächenstruktur durch Prägen, Bürsten oder Strahlen mit Partikeln erzeugt werden kann. Es lassen sich auch andere Herstellungsverfahren verwenden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Oberflächenstruktur eine makroskopische Struktur aufweisen mit einer Strukturhöhe von 0,05 bis 0,25 mm, welche durch lasern, feinwalzen oder prägen erzeugt werden kann. Die unterschiedlich hohen Strukturhöhen erzeugen unterschiedliche Effekte zwischen Bremsbelaghaltefeder und Bremsbelagträger, wodurch sich Vorteile bezüglich des Anregens der Oberfläche ergeben. Eine Anregung der Bremsbelaghaltefeder kann sich in Lärmemissionen äußern, welche auch in den Fahrgastraum treten können und dort zu Fahrkomforteinbußen führen können.
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In einer Ausführung ist vorgesehen, dass die Kontaktfläche mit einer reibungsminimierenden Schicht versehen ist, welche sich insbesondere in den Vertiefungen der Oberflächenstruktur befindet. Hierdurch ist es möglich, dass mit zunehmendem Verschleiße die Beschichtung sich in den Vertiefungen über einen längeren Zeitraum hält und über den gesamten Lebenszyklus der Bremsbelaghaltefeder ihre reibungsminimierende Eigenschaft entfalten kann. Als reibungsminimierenden Beschichtung können unterschiedliche Werkstoffe verwendet werden, etwa auf Grafit-Basis.
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Durch das Aufbringen einer reibungsminimierenden Beschichtung kann der Reibwert gegenüber einer herkömmlichen Oberfläche deutlich verringert werden und es ergeben sich auch Vorteile bei der Aktivierung der Bremse. Etwa ist der „Roll-back-Effekt“ prägnanter, da der Bremsbelagträger sich einfacher von der Bremsscheibe entfernt. Ferner sei angemerkt, dass die Beschichtung sowohl bei geringer als auch hoher Strukturhöhe verwendet werden kann, wobei sich bei einer höhere Strukturhöhe Vorteile dahingehend ergeben, dass sich die Beschichtung länger halten kann als bei einer geringeren Strukturhöhe.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Bremsbelaghaltefeder relativ zur Kontaktfläche einen Bremsbelagträger fernen geräuscherzeugenden Abschnitt aufweisen, in welchem sich eine Beschichtung befindet. Der geräuscherzeugende Abschnitt ist der Überdeckungsbereich der Bremsbelaghaltefeder während der Zustell- und Rückstellbewegung, also der Bereich in dem eine Geräuschanregung während eines Bremsvorgangs auftritt. In der Oberflächenstruktur dieses Abschnittes befindet sich eine Beschichtung, wie bereits oben beschrieben, die in diesem Ausführungsbeispiel neben der Gleiteigenschaft auch eine dämpfende Wirkung entfaltet. Im geräuscherzeugenden Abschnitt sorgt diese Beschichtung für eine Amplituden- und Frequenzveränderung und unterdrückt dadurch Bremsgeräusche.
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Die Kontaktfläche besteht aus Kontaktflächenabschnitten, wobei ein Tangentenwinkel zwischen Kontaktflächenabschnitt und Bremsbelagträger auf beiden Seiten des Kontaktflächenabschnitts gleich ist. Die Kontaktflächenabschnitte sind also symmetrisch. Durch die Symmetrie der Kontaktflächenabschnitte wird eine gleichbleibende Betätigungskraft in Zustell- und Rückstellrichtung bewirkt, wodurch sich der Bremsbelagträger gut dosierbar zur Bremsscheibe zustellen lässt und sich ein ausreichend großes Lüftspiel in der Rückstellung ergibt.
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Hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung der Bremsbelaghaltefeder sieht eine Weiterbildung der Erfindung, die auch ein unabhängiger Aspekt der Erfindung sein kann, dass der Anlegeradius zwischen der Kontaktfläche des Bremsbelaghaltefeder und dem Bremsbelagträger flächenpressungsoptimiert ist. Vorteile durch eine geringere Flächenpressung ergeben sich durch ein verbessertes Verschleißverhalten, da die Flächenpressung, also das Verhältnis von Kraft zu belasteter Fläche, verringert ist und hierdurch die gleiche Fläche eine geringe Kraft aufnehmen muss. Insbesondere ein die Kontaktfläche der Bremsbelaghaltefeder mit dem Bremsbelagträger als Gleitabschnitt ausgebildet, der eine Krümmung hin zu dem Bremsbelagträger aufweist, wobei der Krümmungsradius der Krümmung des Gleitabschnitts derart bemessen ist, dass eine Flächenpressung zwischen Gleitabschnitt und Bremsbelagträger gleich oder weniger als 15 Megapascal und mehr als 7 Megapascal beträgt.
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Die Flächenpressung, das heißt der Kontaktdruck zwischen Bremsbelagträger und Bremsbelaghaltefeder ist im Wesentlichen durch die an der Kontaktstelle wirkenden Reaktionskräfte sowie die Kontaktfläche beeinflusst. Die Erfinder stellten, dass in einem bestimmten Wertebereich der Flächenpressung bei typischen Bremsbelaghaltefedern für PKW-Scheibenbremsen ein Optimum aus geringem Verschleiß, gewünschter Belagträgerkinematik und reduzierter Geräuschanregung einstellte. Als besonders bevorzugt stellte sich ein Flächenpressung bzw. ein Anpressdruck zwischen Gleitabschnitt und Bremsbelagträger im Bereich von bis zu etwa 12 Megapascal und mehr als 10 Megapascal heraus. Insbesondere sind die vorgenannte Flächenpressung bzw. der Anpressdruckwerte das jeweilige Maximum innerhalb der Kontaktfläche des Gleitabschnitts
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Überraschend stellte sich heraus, dass bezüglich üblichen Bremsbelaghaltefeder, die Flächenpressung sich besonders vorteilhaft in Bezug auf die Anregungsminimierung und Verschleißvermeidung in dem erfindungsgemäßen Bereich ergibt, wenn die Krümmung des Gleitabschnitts unter Beibehaltung eines Tangentialkontakts zwischen Bremsbelagträger und Bremsbelaghaltefeder mit einem Krümmungsradius zwischen etwa 6 Millimeter und etwa 12 Millimeter ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist der Bereich zwischen 7 und 9 Millimeter. Der Krümmungsradius kann auch als Anlegeradius bezeichnet werden und muss neben der Optimierung der Flächenpressung auch anderen Randbedingungen genügen, etwa den jeweiligen Einbaubedingungen.
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Insbesondere weist die Bremsbelaghaltefeder eine Materialstärke von zwischen 0,1 und 0,5 Millimeter auf. Vorzugsweise ist die Bremsbelaghaltefeder einem metallischen Werkstoff gefertigt, insbesondere aus einem Metall- oder Metalllegierungsblech gestanzt und gebogen.
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Insbesondere weist die Bremsbelaghaltefeder eine im Wesentlichen S-förmige Federzunge auf, an deren dem Bremsbelagträger zugewandten Zungenende der gekrümmte Gleitabschnitt angeordnet ist.
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Insbesondere ist der Gleitabschnitts mit einem Krümmungsradius gekrümmt, der wenigstens das 1,5-fache und höchstens das 6-fache, insbesondere wenigstens das 2-fache und höchstens das 4-fache, vorzugsweise das etwa 3-fache, des Krümmungsradius der entgegengesetzten Krümmung der S-förmigen Federzunge beträgt.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung unter Verweis auf die Figuren erklärt, die zeigen:
- 1 eine dimetrische Ansicht der erfindungsgemäßen Bremsbelaghaltefederanordnung mit Bremssattel und Bremsbelagträger;
- 2 eine beispielhafte Oberflächenstruktur mit Erhebungen und Vertiefungen;
- 3 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Bremsbelaghaltefeder und dem Bremsbelagträger.
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In 1 ist eine Bremsbelaghaltefederanordnung 1 in dimetrischer Ansicht gezeigt. Diese Bremsbelaghaltefederanordnung 1 umfasst einen Bremsbelagträger 2, welcher über einen Belagträgervorsprung 4 verfügt, der in eine Ausbuchtung im Bremssattel 5 axial zur Bremsscheibenachse verfährt. Der Belagträgervorsprung 4 steht mit dem Bremsbelaghaltefeder 3 in Kontakt über Kontaktflächen 6, welche sich an unterschiedlichen Stellen der Bremsbelaghaltefeder 3 befinden.
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Während einer Betriebs- oder Feststellbremsung verfährt der Bremsbelagträger 2 in Zustell- und Rückstellrichtung, was bewirkt, dass eine Relativbewegung auf den Kontaktflächen 6 auftrifft. Die erfindungsgemäße anregungsminimierende Eigenschaft kann sich auf den jeweiligen Kontaktflächen 6 befinden oder auf der gesamten Bremsbelaghaltefeder 3 befinden. Eine Oberflächenstrukturveränderung der gesamten Bremsbelaghaltefeder 3 bietet sich an, da die Bremsbelaghaltefeder 3 aus einem Blech durch Stanzen und Biegen entsteht und hierdurch besonders kostengünstig gefertigt werden kann. Eine Applikation der anregungsminimierenden Eigenschaft auf einzelne Bereiche kann sich anbieten, wenn die Kontaktflächen 6 klein sind im Vergleich zur gesamten Oberfläche der Bremsbelaghaltefeder 3.
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Im Folgenden soll Bezug genommen werden auf eine beispielhafte Oberflächenstrukturverteilung 10 in 2. Das sich wiederholende Muster bildet sich entlang einer Wiederholungsrichtung und wiederholt sich wenigstens fünf Mal auf der Kontaktfläche 6 der Bremsbelaghaltefeder 3. In 2 sind Oberflächenvertiefungen 11 und -erhebungen 12 zu sehen, welche sich in eine bevorzugte Richtung erstrecken. Der Abstand „d“ zwischen den Erhebungen 12 beschreibt den Abstand ab dem sich das Muster wiederholt, wobei der Abstand unterschiedlich groß gewählt werden kann, um unterschiedlichen Bedingungen zu genügen. Neben dem gezeigten Muster in 2 sind auch andere Muster zur Oberflächenstrukturveränderung heranzuziehen, etwa lässt sich auch ein Muster benutzen, welches anstatt der gezeigten Runden Erhebungen 12 über Vielecke verfügt.
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3 zeigt ein Schnitt durch die Bremsbelaghaltefeder 3, dem Bremsbelagträger 2 und dem Belagträgervorsprung 4. An der Bremsbelaghaltefeder 3 ist eine S-förmige Federzunge 103 ausgebildet, die an einem bremsbelagträgernahen Ende der Federzunge 103 einen Gleitabschnitt umfasst, der mit einem flächenpressungsoptimiertem Anlegeradius 102 gekrümmt ist. Die Federzunge 103 erstreckt sich von einem im Wesentlichen Vertikalrichtung verlaufenden Abschnitt des der Bremsbelaghaltefeder 3 hin zu einer Kontaktfläche mit dem Bremsbelagträger 2. Die Federzunge 103 und der Auflagebereich des Bremsbelagträgers 2 sind derart ausgestaltet, dass die Federkraft der Federzunge 103 entgegen der auf den Bremsbelagträger wirkenden Gewichtskraft wirkt und diesen abstützt.
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Von dem im Wesentlichen in Vertikalrichtung verlaufenden Abschnitt ist die Federzunge mit einem ersten Krümmungsradius hin zum Bremsbelagträger gekrümmt. Ausgehend von der ersten Krümmung erstreckt sich die Federzunge 103 weiter im Wesentlichen hin zum Bremsbelagträger 2 und mündet in einer sich auf den Bremsbelagträger 2 zu wölbenden Krümmung. Die sich auf den Bremsbelagträger 2 zu wölbende Krümmung bildet einen Krümmungsradius aus, der auch als Anlegeradius 102 bezeichnet werden kann. Der Krümmungsradius der Krümmung, die sich auf den Bremsbelagträger 2 zu wölbt, bestimmt den Kontaktdruck oder die Flächenpressung zwischen Federzunge 103 und dem Bremsbelagträger 2 im Auflagebereich, das heißt am Gleitabschnitt. Der Krümmungsradius der ersten Krümmung am vertikalen Abschnitt der Federzunge 103 bestimmt wesentlich die Federspannung und Lagerfunktion der Federzunge 103.
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Der Anlegeradius 102 und der Krümmungsradius der ersten Krümmung, welcher die Anpresskraft beeinflussen kann, sind insbesondere aufeinander derart abgestimmt, dass die Flächenpressung zwischen Federzunge 103 und Bremsbelagträger 2 im Auflagebereich reduziert ist. Als besonders vorteilhaft hat sich bei Scheibenbremsen für Personenkraftwagen herausgestellt, den Anlegeradius in einem Bereich vom 6 bis 9 Millimeter zu wählen.
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Aufgrund der veränderten Geometrie des Gleitabschnitts, über den die Kraft von der Bremsbelaghaltefeder 3 auf den Bremsbelagträger 2 übertragen wird, ergeben sich Vorteile für die Lebensdauer durch reduzierte Flächenpressung. Die auf dieser Kontaktfläche 6 aufgebrachte Oberflächenstruktur lässt eine höhere Lebensdauer erwarten als bei einem konventionellem Anlegeradius. Eine gegebenenfalls weiter optimierte Oberflächenstruktur ergibt sich dadurch, dass die Oberfläche mit einer Beschichtung versehen ist, die die Lebensdauer abermals erhöht und eine Frequenzanregung senkt.
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Aus den vorliegend offenbarten Merkmalskombinationen können bedarfsweise auch isolierte Merkmale herausgegriffen und unter Auflösung eines zwischen den Merkmalen gegebenenfalls bestehenden strukturellen und/oder funktionellen Zusammenhangs in Kombination mit anderen Merkmalen zur Abgrenzung des Anspruchsgegenstands verwendet werden. Die Reihenfolge und/oder Anzahl der Schritte der Verfahren kann variiert werden. Die Verfahren können miteinander kombiniert werden, beispielsweise zu einem Gesamtverfahren.
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Zusammenfassend wird durch Erfindung eine Lösungsmöglichkeit dargestellt, durch die die Lebensdauer der Bremsbelaghaltefeder 3 signifikant erhöht wird, wodurch der Fahrkomfort durch eine geringere Geräuschbelastung für den Fahrzeuginsassen gesteigert wird. Weitere Vorteile ergeben sich durch längere Wartungsintervalle der Bremsanlage bei gleichbleibendem Fahrkomfort.
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Bezugszeichen
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- 1
- Bremsbelaghaltefederanordnung
- 2
- Bremsbelagträger
- 3
- Bremsbelaghaltefeder
- 4
- Belagträgervorsprung
- 5
- Bremssattel
- 6
- Kontaktfläche
- 10
- Oberflächenstrukturverteilung
- 11
- Vertiefung
- 12
- Erhebung
- 102
- Flächenpressungsoptimierter Anlegeradius
- 103
- Federzunge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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