DE102022200960A1

DE102022200960A1 - Kolben für ein Bremssystem und Bremssystem

Info

Publication number: DE102022200960A1
Application number: DE102022200960.6A
Authority: DE
Inventors: Hatem Shahin
Original assignee: HL Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2022-01-28
Filing date: 2022-01-28
Publication date: 2023-08-03
Anticipated expiration: 2042-01-29
Also published as: CN116517991A; US20230243393A1; DE102022200960B4; KR20230116696A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (100) für ein Bremssystem, wobei der Kolben (100) ein erstes Ende aufweist, das dafür eingerichtet ist, mit einer Bremsflüssigkeit in Eingriff zu kommen, und ein zweites Ende aufweist, das dafür eingerichtet ist, mit einem Bremsklotz (2) in Eingriff zu kommen, und eine Kolbenwand (110) aufweist, die einen Hohlraum (119) des Kolbens (100) zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende umgibt. Die Kolbenwand (110) weist einen Kunststoffabschnitt (112) auf. Ein Kolbenboden (101) ist am ersten Ende des Kolbens (100) vorgesehen, wobei der Kolbenboden (101) den Kolben (100) am ersten Ende verschließt, wobei der Kolbenboden (101) einen metallischen Abschnitt (102) umfasst, der dafür eingerichtet ist, mit der Bremsflüssigkeit in Kontakt zu kommen. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (100) und auf ein Bremssystem mit einem Kolben (100).

Description

Die vorliegende Anmeldung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus, insbesondere der Fahrzeugtechnik. Der Anmeldung bezieht sich auf einen Kolben für ein Bremssystem. Außerdem offenbart sie ein Bremssystem mit einem solchen Kolben sowie ein Verfahren zur Herstellung des Kolbens.
Nach dem Stand der Technik umfassen Scheibenbremssysteme typischerweise ein Gehäuse, das einen Kolben aufnimmt. Der Kolben wird zum Bremsen gegen einen Bremsklotz gedrückt. Zu diesem Zweck wird über eine Bremsflüssigkeit, die sich in einem Hohlraum des Gehäuses befindet, hydraulischer Druck auf eine Seite des Kolbens ausgeübt.
Das Flüssigkeitsvolumen der Bremsflüssigkeit in diesem Hohlraum und insbesondere die Zunahme des Flüssigkeitsvolumens beim Bremsen beeinflussen den Pedalweg und das Pedalgefühl.
Da der Kolben mit dem Bremsklotz in Eingriff kommt, können außerdem Vibrationen und Geräusche auf den Kolben übertragen oder im Kolben erzeugt werden.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das Pedalgefühl zu verbessern und/oder Geräusche und Vibrationen zu vermeiden.
Dies wird durch einen Kolben gemäß Anspruch 1 erreicht. Es wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens oder durch ein Bremssystem, wie in Ansprüchen 17 und 18 wiedergegeben, erreicht. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele finden sich in den abhängigen Ansprüchen sowie in der folgenden Beschreibung und den Figuren.
Erfindungsgemäß weist ein Kolben für ein Bremssystem ein erstes Ende auf, das dafür eingerichtet ist, mit einer Bremsflüssigkeit in Eingriff zu kommen, und ein zweites Ende, das dafür eingerichtet ist, mit einem Bremsklotz in Eingriff zu kommen, sowie eine Kolbenwand, die einen Hohlraum des Kolbens zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende umgibt. Die Kolbenwand umfasst einen Kunststoffabschnitt. Am ersten Ende des Kolbens ist ein Kolbenboden vorgesehen, der den Kolben am ersten Ende verschließt, wobei der Kolbenboden einen metallischen Abschnitt umfasst, der dafür eingerichtet ist, mit der Bremsflüssigkeit in Kontakt zu kommen.
Der metallische Abschnitt der Kolbenbodenplatte kann somit eine Außenfläche des Kolbenbodens bilden, die eine Hauptdruckfläche für die Bremsflüssigkeit darstellt.
Eine hydraulisches Bremssystem für ein Fahrzeug kann ein Gehäuse, einen Bremsklotz und den Kolben gemäß einer der hier gezeigten oder beschriebenen Varianten umfassen. Der Kolben ist durch hydraulischen Druck, der auf den Kolbenboden wirkt, entlang einer Längsachse beweglich, um das zweite Ende des Kolbens gegen den Bremsklotz zu drücken. Um hydraulischen Druck auf den Kolben auszuüben, kann in einem Hohlraum des Gehäuses enthaltene Bremsflüssigkeit unter Druck gesetzt werden.
Während des Bremsvorgangs, wenn sich das Bremssystem und insbesondere der Kolben erwärmt, unterliegt der metallische Abschnitt des Kolbenbodens einer Wärmeausdehnung. Wenn sich der metallische Abschnitt des Kolbenbodens ausdehnt, verringert sich das für die Bremsflüssigkeit verfügbare Volumen im Hohlraum des Gehäuses. Mit anderen Worten: Die Ausdehnung des Kolbenbodens kann den von der Bremsflüssigkeit ausgeübten Druck verstärken. Infolgedessen wird die Menge der zu verdrängenden Bremsflüssigkeit verringert, was unter anderem zu einem verbesserten Pedalweg und Pedalgefühl führen kann. Die Größen und Konstruktionsmerkmale können vorteilhaft so gewählt werden, dass die Ausdehnung des Kolbens in axialer Richtung priorisiert wird. Dies kann insbesondere durch die verschiedenen hier dargestellten Ausführungsformen erreicht werden.
In einer Ausführungsform kann die Dicke des metallischen Abschnitts des Kolbenbodens bei Raumtemperatur mindestens 3 mm und/oder höchstens 5 mm oder höchstens 8 mm betragen. Insbesondere kann die Dicke etwa 4 mm betragen. Die Dicke wird in der Längsrichtung gemessen, in die der Kolben eingerichtet ist, sich zu bewegen. Die Zunahme der Dicke Δx aufgrund der thermischen Ausdehnung beim Bremsen kann dann zwischen 0,02 mm und 0,1 mm betragen. Wenn ein Flächeninhalt einer Oberfläche des metallischen Abschnittes des Kolbenbodens, senkrecht zur Längsrichtung, mit A bezeichnet wird, ergibt sich dementsprechend eine Volumenvergrößerung durch ΔV = Δx · A. Bei typischen Kolbenabmessungen kann ΔV beispielsweise zwischen 0,1 und 0,3 Kubikzentimeter betragen. Der Erfinder hat erkannt, dass die mit der thermischen Ausdehnung verbundene Volumenzunahme und Dickenzunahme in der gleichen Größenordnung liegen kann wie die Bremsflüssigkeitsaufnahme bzw. der Kolbenhub. In einem Beispiel sind etwa 0,7 bis 1,2 Kubikzentimeter Bremsflüssigkeitsaufnahme im Hohlraum des Gehäuses beim Bremsen vorgesehen. Dies kann beispielsweise zu einer Verschiebung des Kolbens um nur 0,01 bis 0,03 mm führen, während das Gehäuse um 0,35 bis 0,5 mm oder um 0,38 bis 0,4 mm verschoben werden kann. Eine Summe dieser beiden Bewegungen beträgt normalerweise nicht mehr als 0,5 mm. Der hier beschriebene Kolben ist somit in der Lage, aufgrund der Wärmeausdehnung des metallischen Abschnitts des Kolbenbodens die Bremsflüssigkeitsaufnahme und das Pedalgefühl zu beeinflussen.
Außerdem widersteht der metallische Abschnitt des Kolbenbodens vorteilhafterweise einer Verformung durch die Bremsflüssigkeit. D.h. das Einsetzen des dem Bremsflüssigkeitsdruck zugewandten metallischen Abschnitts kann die Festigkeit des Kolbens verbessern und die axiale Durchbiegung des Kolbenbodens verringern.
Der Kolben besteht zum einen aus dem Metallabschnitt des Kolbenbodens und zum anderen aus dem Kunststoffabschnitt der Kolbenwand und damit aus mindestens zwei Abschnitten aus unterschiedlichen Materialien. Dies kann vorteilhaft sein, um Vibrationen oder Lärm zu dämpfen, zum Beispiel durch einen Fügestellendämpfungseffekt.
Der hybride Aufbau, bei dem der Kolben mindestens die beiden oben erwähnten Abschnitte aus unterschiedlichen Materialien umfasst, trägt ebenfalls dazu bei, eine Zielmasse für den Kolben zu erreichen oder sogar die Masse des Kolbens im Vergleich zu bekannten Kolben zu verringern.
Bei dem Kolben kann es sich insbesondere um einen Kolben für die Vorderachse eines Fahrzeugs, z. B. eines Pkw oder eines Lkw, handeln. Dabei kann der Kolben am zweiten Ende offen sein, während er am ersten Ende wie oben beschrieben geschlossen ist.
Der metallische Abschnitt des Kolbenbodens kann zum Beispiel scheibenförmig sein.
Der Kolbenboden kann einen Kunststoffabschnitt aufweisen, der an einer dem Hohlraum zugewandten Innenseite des metallischen Abschnitts der Bodenplatte angeordnet ist.
So kann beispielsweise eine Gesamtdicke des Kolbenbodens, insbesondere einschließlich des metallischen Abschnittes des Kolbenbodens und des Kunststoffabschnittes des Kolbenbodens, mindestens 4 mm und/oder höchstens 8 mm betragen.
In möglichen Ausführungsformen des Kolbens kann die Kolbenwand einen metallischen Abschnitt umfassen. Dieser metallische Abschnitt der Kolbenwand kann vorteilhaft die Kompressibilität des Kolbens in axialer Richtung verringern. Er kann auch die Wärmeübertragung auf den metallischen Abschnitt des Kolbenbodens ermöglichen.
In beiden Fällen, mit oder ohne den metallischen Abschnitt, kann die Kolbenwand am zweiten Ende einen gebogenen Teil aufweisen, um die Kontaktfläche mit dem Bremsklotz zu vergrößern.
Der Kunststoffabschnitt der Kolbenwand kann sich bis hin zum zweiten Ende des Kolbens erstrecken und derart eingerichtet sein, dass er mit dem Bremsklotz in Eingriff kommt, insbesondere mit einer Rückplatte des Bremsklotzes. Es kann vorgesehen sein, dass der metallische Abschnitt der Kolbenwand so gestaltet ist, dass er den Bremsklotz nicht berührt. Stattdessen greift nur der Kunststoffabschnitt der Kolbenwand am Bremsklotz an. Dies kann zur Verringerung von Lärm und Vibrationen vorgesehen sein.
Alternativ kann sich der metallische Abschnitt der Kolbenwand bis hin zum zweiten Ende des Kolbens erstrecken und so eingerichtet sein, dass er mit dem Bremsklotz, insbesondere mit der Rückplatte des Bremsklotzes, in Eingriff kommt. Dann kann der metallische Abschnitt der Kolbenwand als Wärmeleiter für die Übertragung von Wärme vom Bremsklotz in den Kolben wirken.
Zusätzlich oder alternativ kann der metallische Abschnitt der Kolbenwand den metallischen Abschnitt des Kolbenbodens berühren. Wenn der metallische Abschnitt der Kolbenwand sowohl den metallischen Abschnitt des Kolbenbodens berührt als auch so eingerichtet ist, dass er mit dem Bremsklotz in Eingriff kommt, kann er Wärme vom Bremsklotz zum metallischen Abschnitt des Kolbenbodens leiten.
Der metallische Abschnitt der Kolbenwand kann zum Beispiel einstückig mit dem metallischen Abschnitt des Kolbenbodens ausgebildet sein. Alternativ ist es möglich, den metallischen Abschnitt der Kolbenwand und den metallischen Abschnitt des Kolbenbodens als separate Teile auszuführen. Zwischen dem metallischen Abschnitt der Kolbenwand und dem metallischen Abschnitt des Kolbenbodens kann ein geometrisches Verbindungsmerkmal vorgesehen sein, um sie miteinander zu verbinden. Dabei kann es sich insbesondere um eine Vorsprung-Aussparung-Verbindung handeln. Das kann zu einem Fügestellendämpfungseffekt beitragen.
In möglichen Ausführungsformen umfasst die Kolbenwand einen oder mehrere Kunststoffabschnitte und einen oder mehrere metallische Abschnitte.
Diese können Schalen bilden, die in Schichten angeordnet sind. Insbesondere können die Kunststoffabschnitte und die metallischen Abschnitte alternierend angeordnet sein. Das führt zu zusätzlichen Verbindungen, die zu einem Fügestellendämpfungseffekt beitragen können. So kann beispielsweise eine innere Schale, die dem Hohlraum des Kolbens zugewandt ist, eine Kunststoffschicht sein, gefolgt von einer Metallschicht. Darauf kann wiederum eine weitere Kunststoffschicht folgen. Alternativ kann eine innere Schale, die dem Hohlraum des Kolbens zugewandt ist, eine Metallschicht sein, gefolgt von einer Kunststoffschicht. Darauf kann wiederum eine weitere Metallschicht folgen. Es ist auch möglich, mehr als 3 Schichten zu haben, z.B. 4 Schichten.
Jede dieser Schichten kann zum Beispiel eine Dicke von mindestens 1 mm und/oder höchstens 4 mm haben.
Zwischen dem metallischen Abschnitt der Kolbenwand und dem Kunststoffabschnitt der Kolbenwand kann ein geometrisches Merkmal vorgesehen sein. Insbesondere kann eine Stufe oder eine Vorsprung-Aussparung-Verbindung zwischen ihnen vorgesehen werden. Sind beispielsweise der metallische Abschnitt der Kolbenwand und der Kunststoffabschnitt der Kolbenwand schichtweise angeordnet, so kann ein Stufenmerkmal vorgesehen sein, das so gestaltet ist, dass die Dicke des metallischen Abschnitts vom zweiten Ende zum ersten Ende hin abnimmt und die Dicke des Kunststoffabschnitts vom zweiten Ende zum ersten Ende hin zunimmt.
Es kann vorgesehen sein, dass der metallische Abschnitt der Kolbenwand aus einem anderen Metall gefertigt ist als der metallische Abschnitt des Kolbenbodens. Alternativ oder zusätzlich können sie einen voneinander unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben.
Der metallische Abschnitt des Kolbenbodens und/oder der metallische Abschnitt der Kolbenwand können ein Metallblech und/oder ein Gussmetall umfassen.
Der metallische Abschnitt des Kolbenbodens und/oder der metallische Abschnitt der Kolbenwand können Kupfer und/oder Aluminium und/oder Stahl umfassen.
Der metallische Abschnitt des Kolbenbodens kann einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α von mindestens 35E-6 1/K und/oder höchstens 70E-6 1/K bei Raumtemperatur haben. Insbesondere kann er Stahl umfassen und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α = 35E-6 1/K aufweisen. Er kann Kupfer umfassen und α = 50E-6 1/K aufweisen. Er kann Aluminium umfassen und α = 70E-6 1/K aufweisen.
Der Kunststoffabschnitt des Kolbenbodens und/oder der Kunststoffabschnitt der Kolbenwand können aus einem Thermoplast gefertigt sein.
Ein Verfahren zur Herstellung des hier gezeigten und beschriebenen Kolbens kann ein Gießverfahren und/oder ein Spritzgießverfahren und/oder eine additive Fertigung umfassen. Insbesondere kann das Verfahren sowohl ein Gießverfahren zur Bildung eines oder mehrerer metallischer Abschnitte als auch ein Spritzgießverfahren zur Bildung eines oder mehrerer Kunststoffabschnitte umfassen.
Es versteht sich, dass die hier erläuterten Aspekte in Bezug auf das Verfahren zur Herstellung des Kolbens auch für den Kolben selbst beansprucht werden können, und umgekehrt.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert.
Darin zeigen:

1a ein Bremssystem in einem nicht-bremsendem Zustand;
1b ein Bremssystem in einem bremsendem Zustand;
2a-c einen Kolben für ein Bremssystem, der einen Kolbenboden mit einem metallischen Abschnitt und einem Kunststoffabschnitt sowie eine Kolbenwand mit einem metallischen Abschnitt und einem Kunststoffabschnitt umfasst;
3a-c einen Kolben für ein Bremssystem, der einen Kolbenboden mit einem metallischen Abschnitt sowie eine Kolbenwand mit einem metallischen Abschnitt und einem Kunststoffabschnitt umfasst;
4a-b einen Kolben für ein Bremssystem, der einen Kolbenboden mit einem metallischen Abschnitt sowie eine Kolbenwand mit einem metallischen Abschnitt und einem Kunststoffabschnitt umfasst;
5a-b einen Kolben für ein Bremssystem, der einen Kolbenboden mit einem metallischen Abschnitt sowie eine Kolbenwand mit einem Kunststoffabschnitt umfasst;
6a-b einen Kolben für ein Bremssystem, der einen Kolbenboden mit einem metallischen Abschnitt und einem Kunststoffabschnitt sowie eine Kolbenwand mit einem Kunststoffabschnitt umfasst;
7a-b einen Kolben für ein Bremssystem, der einen Kolbenboden mit einem metallischen Abschnitt sowie eine Kolbenwand mit einem Kunststoffabschnitt und zwei metallischen Schichten umfasst;
8a-b Kolben für ein Bremssystem, die einen Kolbenboden mit einem metallischen Abschnitt sowie eine Kolbenwand mit einem metallischen Abschnitt und einem Kunststoffabschnitt umfassen;
9a-b einen Kolben für ein Bremssystem, der einen Kolbenboden mit einem metallischen Abschnitt sowie eine Kolbenwand mit einem metallischen Abschnitt und einem Kunststoffabschnitt, der den metallischen Abschnitt unterbricht, umfasst;
10a-b einen Kolben für ein Bremssystem, der einen Kolbenboden mit einem metallischen Abschnitt und einem Kunststoffabschnitt sowie eine Kolbenwand mit einem metallischen Abschnitt und einem Kunststoffabschnitt umfasst, wobei eine thermische Expansion des metallischen Abschnitts des Kolbenbodens illustriert ist;
11a-b einen Kolben für ein Bremssystem, der einen Kolbenboden mit einem metallischen Abschnitt und eine Kolbenwand mit einem Kunststoffabschnitt umfasst, wobei eine thermische Expansion des metallischen Abschnitts des Kolbenbodens illustriert ist;
12a-b Kolben für ein Bremssystem, die einen Kolbenboden mit einem metallischen Abschnitt und eine Kolbenwand mit einem metallischen Abschnitt und einem Kunststoffabschnitt umfassen, wobei der metallische Abschnitt der Kolbenwand und der metallische Abschnitt des Kolbenbodens separate Teile sind;
13a-b Kolben für ein Bremssystem, die einen Kolbenboden mit einem metallischen Abschnitt und eine Kolbenwand mit einem metallischen Abschnitt und einem Kunststoffabschnitt umfassen, mit geometrischen Verbindungsmerkmalen zwischen dem metallischen Abschnitt der Kolbenwand und dem metallischen Abschnitt des Kolbenbodens;
14a-b Kolben für ein Bremssystem, die einen Kolbenboden mit einem metallischen Abschnitt und eine Kolbenwand mit einem metallischen Abschnitt und einem Kunststoffabschnitt umfassen, mit Stufenstrukturen zwischen dem metallischen Abschnitt der Kolbenwand und dem Kunststoffabschnitt der Kolbenwand;
15a-b Kolben für ein Bremssystem, die einen Kolbenboden mit einem metallischen Abschnitt und eine Kolbenwand mit einem metallischen Abschnitt und einem Kunststoffabschnitt umfassen, mit Vorsprung-Aussparung-Strukturen zwischen dem metallischen Abschnitt der Kolbenwand und dem Kunststoffabschnitt der Kolbenwand; und
16a-b Kolben für ein Bremssystem, die einen Kolbenboden mit einem metallischen Abschnitt und eine Kolbenwand mit einem metallischen Abschnitt und einem Kunststoffabschnitt umfassen, wobei der Kunststoffabschnitt der Kolbenwand sich über den metallischen Abschnitt der Kolbenwand hinaus erstreckt.

1a, b zeigen ein hydraulisches Bremssystem für ein Fahrzeug, umfassend ein Gehäuse 1, eine Bremsscheibe 5, einen an einer Innenseite der Bremsscheibe 5 angeordneten Bremsklotz 2, einen an einer Außenseite der Bremsscheibe 5 angeordneten weiteren Bremsklotz 2' und einen Kolben 100, der durch hydraulischen Druck entlang einer Längsachse bewegbar ist, zum Andrücken an den Bremsklotz 2.
Der Kolben 100 steht im Fokus der vorliegenden Anmeldung und ist in den folgenden Figuren in verschiedenen Ausführungen dargestellt. Der Kolben 100 hat ein erstes Ende, das dafür eingerichtet ist, mit der Bremsflüssigkeit in Eingriff zu kommen. Ein Kolbenboden 101 verschließt den Kolben 100 am ersten Ende. Der Kolben 100 hat ein zweites Ende, das als offenes Ende ausgebildet ist und dafür eingerichtet ist, mit dem Bremsklotz 2 in Eingriff zu kommen. Eine Kolbenwand 110 umgibt einen Hohlraum 119 des Kolbens 100 zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende.
1a zeigt das System in einem nicht-bremsenden Zustand und 1b zeigt das System in einem bremsenden Zustand.
Zum Bremsen wird Bremsflüssigkeit in einen Hohlraum 4 des Gehäuses 1 eingespeist, um Druck auf den Kolbenboden 101 auszuüben, wie durch einen Pfeil angezeigt. Durch den Druckaufbau im Hohlraum 4 des Gehäuses 1 vergrößert sich das Hohlraumvolumen und der Kolben 100 wird in Richtung des Bremsklotzes 2 um typischerweise zwischen 0,01 und 0,03 mm und das Gehäuse 1 in Richtung des weiteren Bremsklotzes 2' um typischerweise zwischen 0,38 und 0,4 mm verschoben. Dadurch vergrößert sich das Volumen des Hohlraums 4 zum Beispiel um etwa 0,7 Kubikzentimeter. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Volumenzunahme, die einer verdrängten Menge an Bremsflüssigkeit entspricht, zu begrenzen.
2a-16b zeigen verschiedene Ausführungsformen des Kolbens 100, die in dem in den 1a und b dargestellten Bremssystem verwendet werden können. In jedem Fall hat der Kolben 100 das erste Ende, das für den Eingriff mit einer Bremsflüssigkeit eingerichtet ist, und das zweite Ende, das für den Eingriff mit dem Bremsklotz 2 ausgelegt ist. Außerdem umgibt die Kolbenwand 110 jeweils den Hohlraum 119 des Kolbens 100 zwischen dem ersten und dem zweiten Ende. Ferner umfasst die Kolbenwand 110 in jedem Fall einen Kunststoffabschnitt 112 und der Kolbenboden 101, der den Kolben 100 am ersten Ende verschließt, einen metallischen Abschnitt 102, der für den Kontakt mit der Bremsflüssigkeit ausgebildet ist.
In jeder der 2a-16b sind die metallischen Abschnitte des Kolbens 100 schraffiert und die Kunststoffabschnitte ohne Füllung dargestellt.
Die 2a-c zeigen verschiedene Ansichten einer Ausführungsform des Kolbens 100, wobei der Kolben aus einem Metall und einem Kunststoffmaterial, z. B. einem Thermoplast, gefertigt ist. 2a zeigt eine Ansicht auf das zweite Endes des Kolbens, das dafür eingerichtet ist, gegen den Bremsklotz 2 gedrückt zu werden. 2b zeigt eine Schnittansicht entlang einer Längsachse des Kolbens, und 2c zeigt eine Ansicht auf das erste Ende des Kolbens, das mit der Bremsflüssigkeit in Eingriff kommt.
Die Kolbenwand 110 umfasst einen ersten, dem Hohlraum zugewandten Kunststoffabschnitt 112 und einem zweiten Kunststoffabschnitt 112, der eine äußere Hülle der Kolbenwand 110 bildet, sowie einem metallischen Abschnitt 111, der als Metallblech ausgebildet ist, das zwischen den beiden Kunststoffabschnitten 112, 112' liegt. Die drei Abschnitte 111, 112, 112' sind also als geschichtete Schalen angeordnet. Die Dicke jeder der einzelnen Schichten oder Abschnitte der Kolbenwand 110 liegt zwischen 1 und 4 mm. Insbesondere kann eine Dicke des metallischen Abschnitts 111 auf 3 mm festgelegt werden.
Der metallische Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 erstreckt sich bis zum zweiten Ende des Kolbens 100 und ist derart eingerichtet, dass er mit dem Bremsklotz 2 in Eingriff kommt. Der metallische Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 bildet einen gebogenen Teil 115 aus, der die Fläche vergrößert, die mit dem Bremsklotz in Eingriff kommt. Eine Breite des gebogenen Teils liegt zwischen 5 und 10 mm, insbesondere kann sie auf 8 mm festgelegt werden.
Am ersten Ende berührt der metallische Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 den metallischen Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101. Der metallische Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101 hat die Form einer Scheibe, wie in 2c am besten zu erkennen ist. Diese Scheibe hat eine Dicke von 3 bis 5 mm. Ein Flächeninhalt der Scheibe wird mit dem Buchstaben A bezeichnet.
An der Innenseite des metallischen Abschnitts 102 des Kolbenbodens 101, d.h. dem Hohlraum 119 des Kolbens 100 zugewandt, ist ein Kunststoffabschnitt 103 vorgesehen, der zum Kolbenboden 101 gehört. Dieser Kunststoffabschnitt 103 des Kolbenbodens 101 ist einstückig mit dem zweiten Kunststoffabschnitt 112 der Kolbenwand 110 ausgebildet. Er hat eine Dicke zwischen 2 und 4 mm, wobei es vorgesehen sein kann, dass die Gesamtdicke des Kolbenbodens 101 8 mm nicht überschreitet.
An der Außenseite der Kolbenwand 110 befindet sich eine Dichtungsnut 113.
Der metallische Abschnitt 102 des Kolbenbodens 102 ist ein Blech oder ein Gussmetall.
Der metallische Abschnitt 102 des Kolbenbodens 102 und der metallische Abschnitt 111, 111' der Kolbenwand 110 umfassen mindestens einen der Werkstoffe Kupfer, Aluminium und Stahl.
Der Kunststoffabschnitt 103 des Kolbenbodens 101 und der Kunststoffabschnitt 112, 112' der Kolbenwand sind aus einem Thermoplast hergestellt.
Der Kolben wird durch mindestens eines der Verfahren Gießen, Spritzgießen und additive Fertigung hergestellt.
Die zeigen einen Kolben 100, bei dem der metallische Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101 und der metallische Abschnitt 111 der Kolbenwand 110, einschließlich eines gebogenen Teils 115, einstückig miteinander ausgebildet sind. Diese Abschnitte können durch Gießen hergestellt werden. Sie bilden einen inneren Teil des Kolbens 100, und ein Kunststoffabschnitt 112 der Kolbenwand 110 bildet eine Hülle, die auf der Außenseite des metallischen Abschnitts 111 der Kolbenwand 110 angeordnet ist. Der Kunststoffabschnitt 112 ist aus einem thermoplastischen Kunststoff gefertigt und kann auf den metallischen Abschnitt 111 spritzgegossen werden. Wärmeleitung von den gebogenen Teilen 115 zum metallischen Abschnitt 112 des Kolbenbodens 101 wird durch diese Anordnung erleichtert.
4a, b zeigen einen Kolben 100, bei dem der metallische Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 als ein vom metallischen Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101 separates Stück ausgebildet ist. Der metallische Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 berührt den metallischen Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101 am ersten Ende, und ein Kunststoffabschnitt 112 der Kolbenwand 110 ist an der Innenseite des metallischen Abschnitts 111 angeordnet und ist dem Hohlraum 119 des Kolbens zugewandt. Der Kunststoffabschnitt 112 der Kolbenwand 110 enthält einen gebogenen Teil 115, der mit einer Rückplatte 3 eines Bremsklotzes 2 in Eingriff kommt. Durch die separaten Stücke kann ein Fügestellendämpfungseffekt erzielt werden, der Lärm und Vibrationen reduziert.
5a, b zeigen einen Kolben 100, der einen metallischen Abschnitt 102 umfasst, der einen scheibenförmigen Boden 101 des Kolbens 100 bildet, und einen zylindrischen Kunststoffabschnitt 112, der eine Wand 110 des Kolbens bildet.
6a, b zeigen einen Kolben 100, bei dem die Kolbenwand 110 aus einem zylindrischen Kunststoffabschnitt 112 besteht und der Kolbenboden 101 durch einen scheibenförmigen Metallabschnitt 102 gebildet wird. Der Aufbau unterscheidet sich vom Aufbau der 5a, b dadurch, dass an der Innenseite des metallischen Abschnitts 102 des Kolbenbodens 101 ein Kunststoffabschnitt 103 angeordnet ist. Dies kann zu einer robusten Konstruktion führen, bei der die Metallscheibe, die den metallischen Abschnitt 102 bildet, von den Kunststoffabschnitten 103, 112 aufgenommen und teilweise umschlossen wird.
7a, b zeigen einen Kolben 100, der auch wieder eine Metallscheibe aufweist, die den metallischen Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101 bildet. Die Kolbenwand 110 umfasst zwei metallische Abschnitte 111, 111' und einen Kunststoffabschnitt 112, der zwischen den metallischen Abschnitten 111, 111' angeordnet ist.
Die Abschnitte der Kolbenwand 110 bilden Schalen, die in Schichten angeordnet sind. Ein erster metallischer Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 bildet eine äußere Schicht und hat eine Dicke von 3 bis 4 mm. Daran schließt sich der Kunststoffabschnitt 112 an, der eine zentrale Schicht bildet und eine Dicke von 1 bis 2 mm aufweist. Schließlich gibt es den zweiten metallischen Abschnitt 111', der die innerste Schicht bildet, die dem Hohlraum 119 des Kolbens 100 zugewandt ist. Die zweite metallische Schicht 111' hat eine Dicke von 1 bis 2 mm.
Zwischen einem ersten metallischen Abschnitt 111 und den beiden anderen Abschnitten 112, 111' der Kolbenwand 110 befindet sich eine Stufe zur Aufnahme des metallischen Abschnitts 102 des Kolbenbodens 101.
Es gibt ein hervorstehendes Merkmal 116, das von der Kolbenwand 110 am zweiten Ende des Kolbens 100 in Richtung einer zentralen Achse des zylindrischen Kolbens vorsteht, um eine Kontaktfläche für den Kontakt mit dem Bremsklotz 2 zu vergrößern. Es ist aus Kunststoff gefertigt. Es ist zwischen 3 und 4 mm breit. Eine Gesamtbreite einer ringförmigen Kontaktfläche zum Kontaktieren des Bremsklotzes 2 liegt beispielsweise zwischen 8 und 12 mm.
8a, b zeigen Kolben mit jeweils einem metallischen Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101, der mit einem metallischen Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 einstückig, beispielsweise durch Gießen, ausgebildet ist. Am zweiten Ende sind optionale gebogene Teile 115 an den metallischen Abschnitten 111 vorgesehen. An der Außenseite des metallischen Abschnitts 111 der Kolbenwand ist jeweils ein Kunststoffabschnitt 112 der Kolbenwand vorgesehen. Diese Konstruktion sorgt für eine steife Verbindung zwischen dem Kolbenboden 101 und der Kolbenwand 110.
9a, b zeigen einen Kolben 100, der einen metallischen Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 aufweist, der einstückig mit dem metallischen Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101 ausgebildet ist. An der Außenseite des metallischen Abschnitts 111 befindet sich ein Kunststoffabschnitt 112 der Kolbenwand 112. Der metallische Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 ist in Längsrichtung geschnitten und bildet dementsprechend in Längsrichtung verlaufende Ausnehmungen. In diesen Ausnehmungen befindet sich Kunststoffmaterial, das von dem Kunststoffabschnitt 112 hervorsteht. Dieses Kunststoffmaterial erstreckt sich in Längsrichtung, wie in 9a am besten zu erkennen ist, und bildet eine Vorsprung-Aussparung-Verbindung zwischen den beiden Schichten der Kolbenwand 110.
10a-b zeigen die thermische Ausdehnung des metallischen Abschnitts 102 des Kolbenbodens 101, wobei durch den metallischen Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 eine thermische Verbindung zum Bremsklotz 2 hergestellt wird. Zur Veranschaulichung dieses Konzepts wird beispielhaft die Kolbenkonstruktion aus 2 verwendet. Dasselbe gilt jedoch auch für andere Ausführungen, die einen metallischen Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 aufweisen.
Im anfänglichen nicht-bremsenden Zustand (10a), bei Raumtemperatur, hat der metallische Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101 eine Dicke von 4 mm.
Beim Bremsen (10b) kommt der gebogene Teil 115 des metallischen Abschnitts 111 der Kolbenwand 110 in Kontakt mit dem Bremsklotz 2, insbesondere zum Beispiel mit einer Rückplatte 3 des Bremsklotzes. Durch die Reibung zwischen dem Bremsklotz 2 und der Bremsscheibe 5 erwärmt sich das System, und es können Temperaturen bis zu beispielsweise 350 °C erreicht werden. Wärmeübertragung erfolgt, wie durch Pfeile angedeutet, unter anderem durch metallischen Kontakt vom Bremsklotz 2 über den gebogenen Teil 115 und den metallischen Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 bis hin zum metallischen Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101. Die Dicke des metallischen Abschnitts 102 nimmt aufgrund der Wärmeausdehnung um einen Wert Δx zu, der beispielsweise zwischen 0,05 und 0,1 mm liegen kann. Aufgrund dieser axialen thermischen Zunahme Δx vergrößert sich das Volumen der Scheibe um ΔV = Δx · A, wobei A einen Flächeninhalt des metallischen Abschnitts 102 des Kolbenbodens bezeichnet. Diese Volumenvergrößerung des Kolbens erfolgt nach außen und führt zu einer Verringerung des im Hohlraum 4 des Gehäuses 1 verfügbaren Hohlraumvolumens, wodurch die Menge der Bremsflüssigkeit, die darin aufgenommen werden kann, begrenzt wird und der durch die Bremsflüssigkeit verursachte Druck erhöht wird.
11a, b zeigen die Wärmeausdehnung des metallischen Abschnitts 102 des Kolbenbodens 101, ähnlich wie in 10a, b. Im Fall der 11a, b besteht jedoch keine metallische Verbindung zwischen der Rückplatte 3 des Bremsklotzes 2 und dem metallischen Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101. Daher findet beim Bremsen ( eine Wärmeübertragung durch eine Umgebung des Kolbens statt, wie durch die Pfeile angedeutet. So kann beispielsweise eine axiale thermische Zunahme Δx zwischen 0,02 und 0,06 mm erreicht werden.
12a, b zeigen Kolben mit einem metallischen Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101 und einem Kunststoffabschnitt 112 der Kolbenwand 110. Zusätzlich ist ein metallischer Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 vorgesehen
In dem in 12a dargestellten Fall ist der metallische Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 aus demselben Metall gefertigt wie der metallische Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101.
In dem in 12b dargestellten Fall ist der metallische Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 aus einem anderen Metall gefertigt als der metallische Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101. Insbesondere ist er aus einem Metall mit einem anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt. Dabei können die beiden Metalle der beiden metallischen Abschnitte 111, 102 unterschiedliche Bestandteile haben, oder sie können die gleichen Bestandteile in einem anderen Verhältnis oder einer anderen Konfiguration haben.
13a, b zeigen Kolben mit einem metallischen Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101 und einem Kunststoffabschnitt 112 der Kolbenwand 110. Zusätzlich ist ein metallischer Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 vorgesehen. Zwischen dem metallischen Abschnitt 111 der Kolbenwand 100 und dem metallischen Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101 ist ein geometrisches Verbindungsmerkmal 120 vorgesehen. Das geometrische Merkmal ist als Vorsprung-Aussparung-Verbindung konzipiert. Der Aufbau kann vorteilhaft Lärm oder Vibrationen dämpfen. 13a zeigt, dass der metallische Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 aus demselben Metall gefertigt ist wie der metallische Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101. zeigt, dass der metallische Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 aus einem anderen Metall gefertigt ist als der metallische Abschnitt 102 des Kolbenbodens 101.
14a, b zeigen Kolbenausführungen, bei denen die Kolbenwand 110 einen metallischen Abschnitt 111 und einen Kunststoffabschnitt 112 aufweist und ein geometrisches Merkmal 114 zwischen dem metallischen Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 und dem Kunststoffabschnitt 112 der Kolbenwand 110 vorgesehen ist. Dabei nimmt die Dicke des metallischen Abschnitts 111 vom ersten Ende zum zweiten Ende hin zu und die Dicke des Kunststoffabschnitts 112 nimmt vom ersten Ende zum zweiten Ende hin ab. Dies verbessert das Kriechverhalten des Kolbens 100, der nur durch die Dichtung in der Dichtungsnut 113 abgestützt wird. Durch die Konzentration des Metalls in der Nähe der Dichtung kann das Kriechen minimiert und eine bessere Positionierung des Kolbens erreicht werden.
14a zeigt, dass das geometrische Merkmal 14 als schräge Stufe ausgebildet ist. 14b zeigt, dass das geometrische Merkmal 14 als harte Stufe ausgebildet ist.
In 14a ist beispielhaft dargestellt, dass die beiden metallischen Abschnitte aus demselben Metall gefertigt sind und in , dass sie aus unterschiedlichen Metallen gefertigt sind. Auch die umgekehrte Konfiguration ist vorgesehen.
zeigen weitere Beispiele, bei denen geometrische Merkmale 114 zwischen dem metallischen Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 und dem Kunststoffabschnitt 112 der Kolbenwand 110 vorgesehen sind. Die geometrischen Merkmale sind Vorsprung-Aussparung-Verbindungen. Die Vorsprünge erstrecken sich tangential um den Kolben 100. Diese Merkmale erhöhen die Fügestellendämpfung.
In dem in 15a gezeigten Aufbau gibt es metallische Vorsprünge, die aus dem metallischen Abschnitt 111 herausragen und sich in Aussparungen im Kunststoffabschnitt 112 hinein erstrecken.
In dem in 15b gezeigten Aufbau gibt es Kunststoffvorsprünge, die aus dem Kunststoffabschnitt 112 herausragen und sich in Aussparungen im metallischen Abschnitt 112 hinein erstrecken.
In 15a ist beispielhaft dargestellt, dass die beiden metallischen Abschnitte aus demselben Metall gefertigt sind und in , dass sie aus unterschiedlichen Metallen gefertigt sind. Auch die umgekehrte Konfiguration ist vorgesehen.
16a, b zeigen Kolben mit einer Kolbenwand 110, die einen metallischen Abschnitt 111 und einen Kunststoffabschnitt 112 aufweist. Der Kunststoffabschnitt 112 der Kolbenwand 110 erstreckt sich bis hin zum zweiten Ende des Kolbens 100 und ist dafür eingerichtet, mit dem Bremsklotz 2, insbesondere mit der Rückplatte 3 des Bremsklotzes, in Eingriff zu kommen.
Der metallische Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 ist so gestaltet, dass er den Bremsklotz 2 nicht berührt. Um einen Spalt zwischen dem metallischen Abschnitt 111 der Kolbenwand 110 und dem Bremsklotz 2 zu erhalten, ragt der Kunststoffabschnitt 112 am zweiten Ende zwischen 0,5 mm und 1 mm über den metallischen Abschnitt hinaus. Ein Metall-Metall-Kontakt zwischen dem Kolben und dem Bremsklotz 2 kann so vermieden werden, und Geräusche oder Beschädigungen des Bremsklotzes 2 werden reduziert.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2, 2': Bremsklotz
3: Rückplatte des Bremsklotzes
4: Hohlraum für Bremsflüssigkeit
5: Bremsscheibe
100: Kolben
101: Kolbenboden
102: Metallischer Abschnitt des Kolbenbodens (Basisscheibe)
103: Kunststoffabschnitt des Kolbenbodens
110: Kolbenwand
111, 111': Metallischer Abschnitt der Kolbenwand
112, 112': Kunststoffabschnitt der Kolbenwand
113: Dichtungsnut
114: Geometrisches Merkmal zwischen Wandabschnitten (Stufe / Vorsprung / Aussparung)
115: Gebogener Teil
116: Hervorstehendes Merkmal
119: Hohlraum
120: Geometrisches Verbindungsmerkmal zwischen Kolbenboden und Kolbenwand

Claims

Kolben (100) für ein Bremssystem, wobei der Kolben (100) ein erstes Ende aufweist, das dafür eingerichtet ist, mit einer Bremsflüssigkeit in Eingriff zu kommen, und ein zweites Ende aufweist, das dafür eingerichtet ist, mit einem Bremsklotz (2) in Eingriff zu kommen, und eine Kolbenwand (110) aufweist, die einen Hohlraum (119) des Kolbens (100) zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende umgibt, wobei die Kolbenwand (110) einen Kunststoffabschnitt (112) aufweist, und wobei ein Kolbenboden (101) am ersten Ende des Kolbens (100) vorgesehen ist, wobei der Kolbenboden (101) den Kolben (100) am ersten Ende verschließt, wobei der Kolbenboden (101) einen metallischen Abschnitt (102) umfasst, der dafür eingerichtet ist, mit der Bremsflüssigkeit in Kontakt zu kommen.
Kolben (100) nach Anspruch 1, wobei der metallische Abschnitt (102) des Kolbenbodens (101) scheibenförmig ist.
Kolben (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolbenboden (101) einen Kunststoffabschnitt (103) aufweist, der an einer dem Hohlraum (119) zugewandten Innenseite des metallischen Abschnitts (102) der Bodenplatte angeordnet ist.
Kolben (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kolbenwand (110) einen metallischen Abschnitt (111) aufweist.
Kolben (100) nach Anspruch 4, wobei sich der Kunststoffabschnitt (112, 112') der Kolbenwand (110) bis zum zweiten Ende des Kolbens (100) erstreckt und zum Eingriff mit dem Bremsklotz (2), insbesondere mit einer Rückplatte des Bremsklotzes (2), eingerichtet ist, wobei der metallische Abschnitt (111) der Kolbenwand (110) so ausgebildet ist, dass er den Bremsklotz (2) nicht berührt.
Kolben (100) nach Anspruch 4, wobei sich der metallische Abschnitt (111) der Kolbenwand (110) bis zum zweiten Ende des Kolbens (100) erstreckt und zum Eingriff mit dem Bremsklotz (2), insbesondere mit einer Rückenplatte des Bremsklotzes (2), eingerichtet ist.
Kolben nach einem der Ansprüche 4-6, wobei der metallische Abschnitt (111) der Kolbenwand (100) den metallischen Abschnitt (102) des Kolbenbodens (101) berührt.
Kolben nach Anspruch 7, wobei der metallische Abschnitt (111) der Kolbenwand (100) einstückig mit dem metallischen Abschnitt (102) des Kolbenbodens (101) ausgebildet ist oder wobei zwischen dem metallischen Abschnitt (111) der Kolbenwand (100) und dem metallischen Abschnitt (102) des Kolbenbodens (101) ein geometrisches Verbindungsmerkmal (120) vorgesehen ist, insbesondere eine Vorsprung-Aussparung-Verbindung.
Kolben (100) nach einem der Ansprüche 4-8, wobei die Kolbenwand (110) einen oder mehrere Kunststoffabschnitte (112, 112') und einen oder mehrere metallische Abschnitte (111, 111') umfasst, die in Schichten angeordnete Schalen bilden, wobei insbesondere die Kunststoffabschnitte (112, 112') und die metallischen Abschnitte (111, 111') abwechselnd angeordnet sind.
Kolben (100) nach Anspruch 9, wobei jede Schicht eine Dicke von mindestens 1 mm und/oder von höchstens 4 mm aufweist.
Kolben (100) nach einem der Ansprüche 4-10, wobei zwischen dem metallischen Abschnitt (111, 111') der Kolbenwand (110) und dem Kunststoffabschnitt (112, 112') der Kolbenwand (110) ein geometrisches Merkmal (114), insbesondere eine Stufe oder eine Vorsprung-Aussparung-Verbindung, vorgesehen ist.
Kolben (100) nach einem der Ansprüche 4-11, wobei der metallische Abschnitt (111, 111') der Kolbenwand (110) aus einem anderen Metall gefertigt ist als der metallische Abschnitt (102) des Kolbenbodens (101) und/oder einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
Kolben (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der metallische Abschnitt (102) des Kolbenbodens (102) und/oder der metallische Abschnitt (111, 111') der Kolbenwand (110) ein Blech und/oder ein Gussmetall umfasst.
Kolben (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der metallische Abschnitt (102) des Kolbenbodens (102) und/oder der metallische Abschnitt (111, 111') der Kolbenwand (110) Kupfer und/oder Aluminium und/oder Stahl umfasst.
Kolben (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kunststoffabschnitt (103) des Kolbenbodens (101) und/oder der Kunststoffabschnitt (112, 112') der Kolbenwand aus einem thermoplastischen Kunststoff gefertigt ist.
Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke des metallischen Abschnitts (102) des Kolbenbodens (101) bei Raumtemperatur mindestens 3 mm und/oder höchstens 5 mm beträgt und/oder wobei eine Gesamtdicke des Kolbenbodens (101) mindestens 4 mm und/oder höchstens 8 mm beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Kolbens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Gießverfahren und/oder ein Spritzgießverfahren und/oder eine additive Fertigung.
Hydraulisches Bremssystem für ein Fahrzeug, umfassend: ein Gehäuse (1), einem Bremsklotz (2) und den Kolben (100) nach einem der Ansprüche 1-16, wobei der Kolben (100) entlang einer Längsachse durch hydraulischen Druck, der auf den Kolbenboden (101) wirkt, beweglich ist, um das zweite Ende des Kolbens gegen den Bremsklotz (2) zu drücken.