DE102022202471A1

DE102022202471A1 - Bremskolben für eine Scheibenbremsbaugruppe eines Fahrzeugs mit innerer Nut zur strukturellen Geräuschdämpfung

Info

Publication number: DE102022202471A1
Application number: DE102022202471.0A
Authority: DE
Inventors: Hatem Shahin
Original assignee: HL Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2022-03-11
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2023-09-14
Also published as: KR20230133781A; US20230287944A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bremskolben (14) für eine Fahrzeugscheibenbaugruppe, wobei der Bremskolben (14) umfasst:
- einen zumindest teilweise hohlen Hauptkörperabschnitt (28), der sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt;
- einen Endflächenabschnitt (34), der sich in einem Winkel zur Längsachse (L) erstreckt und einen radial äußeren ringförmigen Abschnitt (36) aufweist; wobei eine sich in Umfangsrichtung erstreckende innere Nut (40) an einer Innenfläche des Bremskolbens (14) vorgesehen ist, wobei ein axialer Abstand zwischen der inneren Nut (40) und dem Endflächenabschnitt (34) zwischen 0 % und 25 % der axialen Länge (L) des Bremskolbens (14) beträgt.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Bremssattelanordnung (12) mit einem solchen Bremskolben (14).

Description

Die Erfindung betrifft einen Bremskolben für eine Scheibenbremsbaugruppe eines Fahrzeugs und eine Bremssattelanordnung mit einem entsprechenden Bremskolben. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein Straßenfahrzeug handeln, z. B. einen Pkw, einen Lkw oder einen Bus.
Bremskolben sind verschiebbare Elemente, die in einem Bremssattel aufgenommen werden und auf einen Bremsbelag wirken, um eine Bremse zu aktivieren und zu deaktivieren. Es ist bekannt, dass das Zusammenspiel von Bremskolben und Bremsbelag aus verschiedenen Gründen Vibrationen und Geräusche, wie z. B. Quietschgeräusche, verursachen kann. Dies kann aus Gründen der Bremsleistung und des Fahrgastkomforts unerwünscht sein. Typische Ursachen für Vibrationen und Geräusche können hohe Reibungskräfte und Relativbewegungen zwischen Bremskolben und Bremsbelag sein.
Genauer gesagt, können Quietschgeräusche aufgrund der Reibung zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe auftreten, die andere Teile des Brems- und Achssystems in Schwingung versetzen. Unter bestimmten Bedingungen (Reibung, angewandter Bremsdruck, Temperatur) schwingt das gesamte Bremssystem mit bestimmten Frequenzen, die nahe beieinander liegen, aber in unterschiedliche Richtungen gehen. Diese Schwingungsformen können sich zu einer komplexen Schwingungsform (instabile Schwingungsform) verbinden. Insbesondere die Vibration von großflächigen Bauteilen bei solch komplexen Moden, wie z.B. der Bremsscheibe und dem Bremssattel, kann zu einer Erzeugung und Ausbreitung von unerwünschten akustischen Wellen (Quietschen) führen.
Noch genauer lässt sich eine typische Quelle solcher Geräusche wie folgt erklären: Bei bestimmten Bremsbelastungen ändern sich die physikalischen Parameter innerhalb der Bremskomponenten, insbesondere der Reibungskoeffizient zwischen Belag und Scheibe kann sich erhöhen. In Abhängigkeit von der zunehmenden Reibung und den Umgebungsbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Geschwindigkeit, ...) entsteht in der Scheibenbremsanlage eine bestimmte Flatterschwingung, die stabil oder instabil sein kann. Bauteile der Fahrzeugbremsanlage, die sich relativ zueinander bewegen, beginnen zu flattern (z. B. in normaler und tangentialer Richtung). Dieses Phänomen führt dazu, dass mindestens zwei Schwingungsmoden der gesamten Scheibenbremsenbaugruppe auf die gleiche Frequenz gebracht werden, so dass eine Flatterinstabilität entsteht. Eine selbsterregte Vibration aufgrund der hochgradigen nichtlinearen Reibung zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe erhöht die Flatterinstabilität. Die benachbarten Schwingungsmoden nähern sich mit zunehmendem Reibungskoeffizienten an und können aufgrund der Frequenzgleichmäßigkeit miteinander verschmelzen (interagieren). Dies wird als Modenkopplung bezeichnet, bei der zwei oder mehr Systemmoden mit nahezu gleichen Frequenzen, aber unterschiedlichen Phasen schwingen. Durch diese Wechselwirkung der Moden wird bei jeder Schwingungsperiode zwischen zwei oder mehreren Komponenten der Scheibenbremsanlage Energie an der Reibungsgrenzfläche bereitgestellt. Dieser Energieaustausch an den Grenzflächen führt zu instabilen oder komplexen Schwingungen, die bei Erreichen einer ausreichend großen Amplitude unangenehm als Quietschgeräusch wahrgenommen werden.
Um solche Geräusche zu begrenzen, ist es bekannt, sogenannte Ausgleichsscheiben vorzusehen, die zwischen einer dem Bremskolben zugewandten Endfläche und dem Bremsbelag angeordnet sind. Ein entsprechendes Beispiel findet sich in US 8 348 025 B2 . Diese dienen dazu, die Übertragung von Schwingungen von den Bremsbelägen auf den Bremssattel und die weiteren damit verbundenen Bauteile zu dämpfen.
Andere Maßnahmen sind z. B. das Anbringen von Fasen oder Schlitzen im Reibmaterial der Bremsbeläge, die Anpassung einer Unterschicht zwischen dem Reibmaterial und der Rückenplatte eines Bremsbelags oder das Hinzufügen von Masse zu vibrationsanfälligen Komponenten.
Diese Lösungen können zwar bis zu einem gewissen Grad dazu beitragen, Lärm und Vibrationen zu begrenzen, aber es gibt noch Raum für Verbesserungen. Außerdem erhöht die Bereitstellung einer zusätzlichen Unterlegscheibe die Kosten und die Komplexität.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bremskolben- und Bremssattelanordnung bereitzustellen, die dazu beiträgt, Geräusche und Vibrationen bei der Einwirkung auf einen Bremsbelag während des Bremsens zu begrenzen.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche dieser Offenbarung gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen und in dieser Beschreibung beschrieben.
Dementsprechend wird ein Bremskolben für eine Fahrzeugscheibenbremsbaugruppe offenbart, wobei der Bremskolben umfasst:

- einen zumindest teilweise hohlen Hauptkörperabschnitt, der sich entlang einer Längsachse erstreckt;
- einen Endflächenabschnitt, der sich unter einem Winkel zur Längsachse erstreckt und einen radial äußeren ringförmigen Abschnitt und insbesondere einen offenen Mittelabschnitt aufweist;
- eine sich in Umfangsrichtung erstreckende innere Nut, die an einer Innenfläche des Bremskolbens vorgesehen ist,

Durch Bereitstellen der innere Nut wird die Struktur des Bremskolbens absichtlich verändert und insbesondere lokal geschwächt, um die gewünschten Schwingungseigenschaften zu erzielen. Dementsprechend kann ein harter Kontakt zwischen Bremskolben und Bremsbelag vermieden werden, indem der Bremskolben lokal (d.h. im Bereich der inneren Nut) mit einer erhöhten strukturellen Elastizität versehen wird.
Genauer gesagt ermöglicht die ringförmige Nut dem Bremskolben eine strukturelle Dämpfung der Schwingungen, die beim Bremsen auf den Bremsbelag einwirken. Es wurde festgestellt, dass durch diese lokale Erhöhung der Schwingungsfähigkeit des Bremskolbens das Ausmaß der Strukturschwingungen, die auf weitere Bauteile übertragen werden, reduziert werden kann. So kann der Bremskolben im Bereich der inneren Nut zumindest einen Teil der Strukturschwingungen ableiten, die beim Bremsen auf den Bremskolben und insbesondere auf dessen Endflächenabschnitt übertragen werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die elastische Verformbarkeit des Bremskolbens in diesem Bereich der inneren Nut lokal erhöht wird und somit in der Nähe oder direkt an der Endfläche zunimmt.
Der Hauptkörperabschnitt kann zylindrisch sein. Er kann einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Er kann sich konzentrisch zur Längsachse erstrecken. Der Querschnitt kann entlang der Längsachse durchgehend sein. Der Hauptkörperabschnitt kann mindestens einen inneren zylindrischen Hohlraum aufweisen. Dieser Abschnitt kann sich z. B. axial und insbesondere von der Endfläche zu einem gegenüberliegenden Ende des Hauptkörperabschnitts erstrecken.
Der Hauptkörperabschnitt kann mindestens eine geschlossene Fläche aufweisen, die sich in einem Winkel zur Längsachse erstreckt, z. B. eine geschlossene Grundfläche an einem dem Endflächenabschnitt axial gegenüberliegenden Ende. Der hohle Abschnitt kann zu Gewichtseinsparungen führen, während die geschlossene Oberfläche eine hydraulische Abdichtung oder hydraulische Trennung zwischen einem Hohlraum, in dem der Bremskolben aufgenommen ist, und der Umgebung bewirken kann. Außerdem kann der hohle Abschnitt die Aufnahme weiterer Komponenten im Bremskolben ermöglichen, wie z. B. zumindest eines Teils einer elektrischen Parkbremsbetätigung.
Die Endfläche kann senkrecht zur Längsachse verlaufen. Sie kann im Allgemeinen plan und/oder glatt sein, von den unten beschriebenen optionalen Aussparungen abgesehen. Sie kann so gestaltet sein, dass sie beim Bremsen den Bremsbelag berührt oder zumindest an diesem anliegt und z. B. ein Zwischenglied berührt.
Der ringförmige Abschnitt kann sich konzentrisch um die Rotationsachse erstrecken. Der ringförmige Abschnitt kann in einen Randabschnitt oder, mit anderen Worten, in ein axiales Ende des Hauptkörperabschnitts übergehen. Eine radiale Abmessung und insbesondere ein Außendurchmesser des ringförmigen Abschnitts kann mit einem Durchmesser und insbesondere einem Außendurchmesser des Hauptkörperabschnitts übereinstimmen. Der ringförmige Abschnitt kann sich vom Außendurchmesser radial nach innen erstrecken.
Beispielsweise kann der Endflächenabschnitt und insbesondere sein ringförmiger Abschnitt einen radial nach innen vorspringenden Abschnitt bilden oder umfassen. Dieser Abschnitt kann z. B. relativ zur Innenfläche und/oder zu einem Zylinderwandabschnitt des Hauptkörperabschnitts vorstehen.
Der Innendurchmesser des ringförmigen Abschnitts kann mindestens 10 % oder mindestens 20 % kleiner als der Außendurchmesser sein. Der Innendurchmesser kann eine Kante oder den Umfang des optionalen offenen Mittelabschnitts bilden. Der Mittelabschnitt kann sich konzentrisch zur Längsachse und/oder zum ringförmigen Abschnitt erstrecken. Der offene Mittelabschnitt kann ein Durchgangsloch enthalten oder ein solches sein. Ein hohler Abschnitt des Hauptkörperabschnitts kann über den offenen Mittelabschnitt zugänglich sein. Der offene Mittelabschnitt, der ringförmige Abschnitt und/oder der Hauptkörperabschnitt können eine ähnliche Querschnittsform, insbesondere eine Kreisform, aufweisen.
Wenn kein offener Mittelabschnitt vorgesehen ist, kann der Mittelabschnitt geschlossen sein. Der ringförmige Abschnitt kann nahtlos (z. B. ohne Stufen) in den Mittelabschnitt übergehen.
Die innere Nut kann zumindest einen Teil eines Rings bilden. Sie kann eine radiale Vertiefung in der Innenfläche bilden. Die Nut kann sich entlang einer Umfangsrichtung erstrecken. Die Innenfläche kann sich konzentrisch zur Längsachse und/oder zu einer Außenfläche des Hauptkörperabschnitts erstrecken. Sie kann eine ähnliche Querschnittsform wie die Außenfläche haben, insbesondere eine kreisförmige Form.
Bei einem axialen Abstand von 0 % zum Endflächenabschnitt kann sich die innere Nut axial mit der Endfläche und insbesondere mit einer Innenfläche davon überlappen. Anders ausgedrückt, die innere Nut kann sich zumindest teilweise in den Endflächenabschnitt erstrecken. Diese Nähe der inneren Nut zum Endflächenabschnitt und insbesondere ihre optionale Überlappung mit diesem kann eine besonders effiziente Vibrationsdämpfung bewirken.
Bei einem größeren axialen Abstand zwischen der inneren Nut und der Endfläche kann immer noch eine erhebliche schwingungsdämpfende Wirkung erzielt werden. Die strukturelle Steifigkeit kann jedoch erhöht werden. Je nach gewünschtem Ausmaß der Schwingungsdämpfung im Vergleich zum gewünschten Ausmaß der strukturellen Steifigkeit kann daher der axiale Abstand zum Endflächenabschnitt näher oder weiter entfernt sein.
In einer Ausführungsform bildet die Nut einen durchgehenden Ring. Dies erhöht den Dämpfungseffekt und kann die Herstellung vereinfachen, z. B. im Vergleich zu einer Nut, die aus einer Vielzahl nebeneinander liegender Ringsegmente besteht oder als solche ausgebildet ist (die jedoch ebenfalls vorgesehen werden können).
In einem Beispiel besteht die innere Nut zumindest teilweise aus dem Hauptkörperabschnitt und/oder aus einem Übergangsbereich zwischen dem Hauptkörperabschnitt und dem Endflächenabschnitt. Dies kann einem zumindest teilweisen Überlappen der inneren Nut und des Endflächenabschnitts entsprechen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Hauptkörperabschnitt mindestens eine äußere Aussparung an seiner Außenfläche auf. Bei dieser Aussparung kann es sich um eine Nut, insbesondere eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut und/oder eine ringförmige Nut handeln. Bei der äußeren Aussparung kann es sich um einen Dichtungssitz handeln. Die äußere Aussparung kann beispielsweise für die Aufnahme eines O-Rings ausgelegt sein. Der hierin offenbarte Bremskolben kann eine entsprechende Dichtung und insbesondere einen O-Ring umfassen, der in der äußeren Aussparung aufgenommen wird. Mit Hilfe einer solchen Dichtung kann eine zuverlässige hydraulische Abdichtung zwischen dem Bremskolben und einem Hohlraum, der den Bremskolben aufnimmt, erreicht werden.
Die innere Nut kann die äußere Aussparung in axialer Richtung überlappen. Dies kann besonders effizient sein, um lokal (d. h. im Bereich der Überlappung) die strukturelle Schwingungsdämpfung des Bremskolbens zu erhöhen. Alternativ dazu kann die innere Nut von der äußeren Aussparung um höchstens 10 % der axialen Länge des Bremskolbens beabstandet sein. Dadurch kann die Schwingungsdämpfung lokal deutlich erhöht werden, während gleichzeitig eine größere Steifigkeit im Vergleich zur axialen Überlappung erreicht wird.
Die innere Nut kann ein abgerundetes und insbesondere ein halbkreisförmiges oder bogenförmiges Querschnittsprofil aufweisen. Anders ausgedrückt, sie darf keine scharfen Kanten aufweisen und/oder kann eine glatte Oberfläche ohne lokale Durchmesserabstufungen haben. Dies begrenzt das Risiko mechanischer Belastungen, die sich in der inneren Nut konzentrieren und zu strukturellen Schäden führen (z.B. zu Rissen). Das Querschnittsprofil kann in einer Querschnittsebene definiert werden, die die Längsachse umfasst. Sie kann sich orthogonal zu einer Umfangsrichtung erstrecken.
Gemäß einem weiteren Beispiel weist die Endfläche und insbesondere ihr ringförmiger Abschnitt eine Vielzahl von Aussparungen auf. Die Aussparungen können eine axiale Vertiefung bilden. Die Aussparungen können langgestreckt sein (z. B. in Umfangsrichtung). Die Aussparungen können in Umfangsrichtung verteilt sein. Es können ringförmige Anordnungen von Aussparungen vorhanden sein, wobei diese ringförmigen Anordnungen unterschiedliche Durchmesser haben (z. B. eine innere ringförmige Anordnung und eine äußere ringförmige Anordnung). Die ringförmigen Anordnungen können konzentrisch sein.
Die Abstände zwischen benachbarten Aussparungen in Umfangsrichtung (d. h. die Winkelabstände) können konstant sein. Ein unregelmäßiger Umfangsabstand ist jedoch ebenso möglich. In einer Ausführungsform ist zwischen den Aussparungen ein regelmäßiger Winkelabstand vorgesehen. Zum Beispiel kann ein Winkelabstand von 15° vorgesehen werden, so dass vierundzwanzig Positionen mit einer Aussparung ermöglicht werden.
Die Aussparungen können gemeinsam mit dem ringförmigen Abschnitt und/oder dem gesamten Bremskolben hergestellt werden. Sie können zum Beispiel direkt beim Gießen oder Gesenkschmieden des ringförmigen Abschnitts und/oder des gesamten Bremskolbens hergestellt werden.
Der Bremskolben kann im Allgemeinen ein einteiliges Bauteil sein, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff (z. B. Gusseisen oder Aluminium) oder aus einem Kunststoff.
Zumindest einige der Aussparungen können eine elliptische Grundfläche oder, mit anderen Worten, einen elliptischen Umriss oder eine elliptische Form haben. Dies kann eine Form in einer Oberfläche und/oder Ebene des ringförmigen Abschnitts betreffen.
Zusätzlich oder alternativ können zumindest einige der Aussparungen eine(n) rechteckige(n) Umriss oder Grundfläche haben. Eine längere Seite des Umrisses oder der Aufstandsfläche kann sich entlang einer radialen Richtung erstrecken. Eine kürzere Seite kann sich entlang einer Umfangsrichtung erstrecken. Anders ausgedrückt können die rechteckigen Aussparungen so ausgerichtet sein, dass ihre längeren Seiten im Wesentlichen radial verlaufen.
Zusätzlich oder alternativ können zumindest einige der Aussparungen eine rechteckige Grundfläche aufweisen, wobei sich eine längere Seite der Grundfläche entlang einer Umfangsrichtung erstreckt. Eine kürzere Seite kann sich entlang einer radialen Richtung erstrecken.
Die hier verwendeten Begriffe „axial“, „radial“ und „umlaufend“ können sich im Allgemeinen auf die Längsachse beziehen, wobei „axial“ eine Ausrichtung entlang der Achse, „radial“ eine Ausdehnung orthogonal zu dieser Achse und „umlaufend“ eine Ausdehnung um diese Achse bedeutet.
In einem weiteren Beispiel umfasst der ringförmige Abschnitt verschiedene Aussparungsformen, insbesondere eine Mischung aus allen oben beschriebenen Aussparungsarten.
Durch die Aussparungen können die Kontaktkräfte und insbesondere die Reibungskräfte, die beim Kontakt mit einem Bremsbelag an der Endfläche auftreten, reduziert werden. Dadurch kann das Ausmaß der erzeugten Reibungskräfte und damit der Vibrationen, die sich über den Bremskolben und die angrenzenden Strukturen ausbreiten könnten, begrenzt werden. Es wurde festgestellt, dass die hier offenbarten Aussparungen, Anordnungen und deren Kombinationen in diesem Zusammenhang besonders effizient sind.
In einem Beispiel ist mindestens eine der Aussparungen zumindest teilweise mit einem Material gefüllt, das sich von einem Material des Kolbenhauptkörpers unterscheidet. Zu diesem Zweck kann insbesondere ein geräusch- und/oder vibrationsdämpfendes Material verwendet werden. Das Material kann z. B. ein Gummimaterial, ein Schaumstoffmaterial oder allgemein ein elastisches Material sein oder umfassen (das z. B. mindestens doppelt oder mindestens zehnmal so elastisch ist wie ein Material des Kolbenhauptkörpers, wobei die Elastizität z. B. durch einen E-Modul definiert ist). Es kann auch eine Kombination aus gefüllten Aussparungen und nicht gefüllten Aussparungen geben, z.B. um Gewicht und Kosten zu sparen. Der Kolben kann z. B. aus einem Metall oder einem harten Kunststoff bestehen.
Zusätzlich oder alternativ kann die innere Nut zumindest teilweise mit einem Material der oben genannten Art gefüllt sein. Zum Beispiel kann sich ein durchgehender Ring aus diesem Material in und entlang der Nut erstrecken. Dies erhöht ebenfalls die Schwingungsdämpfung.
In einem Beispiel kann zumindest ein Teil einer Fläche des ringförmigen Abschnitts (insbesondere die dem Bremsbelag zugewandte Fläche) mit einem Material der oben genannten Art bedeckt sein. Dies kann sich auf eine Fläche beziehen, in der die Aussparungen vorgesehen sind, so dass Zwischenräume und/oder Flächenabschnitte zwischen den Aussparungen mit einem entsprechenden Material abgedeckt werden können. Auch dies kann dazu beitragen, die Reibungskräfte zu begrenzen.
In einem weiteren Beispiel umfasst der ringförmige Abschnitt eine Vielzahl von axialen Vorsprüngen. Die Vorsprünge können in ähnlicher Weise geformt und angeordnet werden wie die hierin offenbarten Ausformungen und Aussparungen. Sie können zum Beispiel einen rechteckigen oder elliptischen Umriss haben. Zusätzlich oder alternativ können die in regelmäßigen Abständen um den Umfang des ringförmigen Abschnitts angeordnet sein, z. B. in Winkelabständen von 15°. Auch hier können die Vorsprünge einstückig mit dem ringförmigen Abschnitt und/oder dem Bremskolben ausgebildet sein. Sie können direkt bei der Herstellung des Bremskolbens geformt werden, z. B. direkt beim Gießen oder Schmieden.
Der Vorsprung kann lokale Vorsprünge mit begrenzten Abmessungen im Vergleich zu einer umgebenden axialen Oberflächenebene des ringförmigen Abschnitts bilden. Die axiale Oberflächenebene kann einer axial innersten oder untersten Ebene des ringförmigen Abschnitts entsprechen.
Die oben erwähnten Aussparungen können andererseits lokale Vertiefungen mit begrenzten Abmessungen im Vergleich zu einer umgebenden axialen Oberflächenebene des ringförmigen Abschnitts bilden. Die axiale Oberflächenebene kann einer axial äußersten oder höchsten Ebene des ringförmigen Abschnitts entsprechen.
Die umgebende axiale Oberflächenebene des ringförmigen Abschnitts kann mit einer axialen Ebene einer Kante zusammenfallen, an der der ringförmige Abschnitt in einen zylindrischen Wandabschnitt des Hauptkörperabschnitts übergeht.
In einem weiteren Beispiel ist in dem ringförmigen Abschnitt mindestens eine längliche Nut vorgesehen. Die Nut kann sich entlang der Umfangsrichtung erstrecken und z.B. deutlich größere Winkelabstände als die oben beschriebene Aussparung abdecken. Er definiert einen durchgehenden oder geschlossenen Ring. Diese Nut kann zu Gewichtseinsparungen führen, gleichzeitig aber auch ähnliche Effekte wie die optionalen (lokalen) Aussparungen haben.
Der ringförmige Abschnitt kann eine beliebige Kombination von Vorsprüngen, Aussparungen und Nuten entsprechend den jeweiligen hier erörterten Varianten dieser Merkmale aufweisen.
Die Erfindung betrifft auch eine Bremssattelanordnung für eine Scheibenbremsbaugruppe eines Fahrzeugs, wobei die Bremssattelanordnung einen Bremssattel mit einem Hohlraum umfasst, in dem ein Bremskolben nach einem der hierin offenbarten Aspekte vorgesehen ist.
Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die schematischen Figuren dieser Offenbarung beschrieben. Gleiche Merkmale können in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.

1 ist eine Querschnittsansicht eines Bremsbelags und eines Teils einer Bremssattelanordnung, wobei die Bremssattelanordnung einen Bremskolben gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst.
2 ist eine Detailansicht eines Bremskolbens aus 1.
3 ist eine Detailansicht eines Bremskolbens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
4 ist eine Detailansicht eines Bremskolbens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
5 ist eine Frontalansicht einer Endfläche eines Bremskolbens gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wobei die Endfläche radial ausgerichtete rechteckige Aussparungen aufweist.
6 ist eine Frontalansicht einer Endfläche eines Bremskolbens gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wobei die Endfläche in Umfangsrichtung ausgerichtete rechteckige Aussparungen aufweist.
7 ist eine Frontalansicht einer Endfläche eines Bremskolbens gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wobei die Endfläche elliptische Aussparungen aufweist.
8 ist eine Detailansicht eines Bremskolbens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
9 ist eine Detailansicht eines Bremskolbens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

1 ist eine Querschnittsansicht eines Bremsbelags 10 und eines Teils einer Bremssattelanordnung 12, wobei die Bremssattelanordnung 12 einen Bremskolben 14 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst. Der Bremsbelag 10 und die Bremssattelanordnung 12 sind nach dem Stand der Technik eingerichtet. Die Schnittebene umfasst eine Längsachse L des Bremskolbens 10.
Der Bremsbelag 10 besteht aus einer Rückenplatte 16 und einem Reibmaterial 18. Das Reibmaterial 18 ist einer nicht abgebildeten Bremsscheibe zugewandt und so gestaltet, dass es beim Kontakt mit der Bremsscheibe Bremskräfte erzeugt.
Die Bremssattelanordnung 12 umfasst einen Bremssattel 20, der nur teilweise abgebildet ist. Es kann ein schwimmender Bremssattel gemäß den bestehenden Lösungen sein, kann aber auch als fester Bremssattel vorgesehen werden. Der Bremssattel 20 weist eine zylindrische und längliche Aussparung 22 auf, in der der Bremskolben 14 aufgenommen wird. Eine geschlossene Grundfläche 24 des Bremskolbens 14 und die Wände der Aussparung 22 begrenzen eine Hydraulikkammer 26. In allgemein bekannter Weise kann ein hydraulischer Druck innerhalb der Hydraulikkammer 26 verändert werden, um den Bremskolben 14 entlang der Längsachse L zu bewegen. Als Ergebnis dieser Bewegung kann der Bremskolben 14 den Bremsbelag 10 in Kontakt mit der nicht abgebildeten Bremsscheibe drücken (wenn er sich in 1 nach links bewegt) oder den Druck ablassen (wenn er sich in 1 nach rechts bewegt), um die Bremse zu aktivieren bzw. zu deaktivieren.
Der Bremskolben 14 ist als hohlzylindrischer Körper ausgebildet. Obwohl nicht dargestellt, könnte der Bremskolben 14 eine elektrische Bremsbetätigung aufnehmen, die z. B. eine elektrische Feststellbremsfunktion bietet. Er umfasst einen Hauptkörperabschnitt 28 mit kreisförmigem Querschnitt, der sich konzentrisch zur Längsachse L erstreckt. Der Hauptkörperabschnitt 28 umfasst einen zylindrischen Wandteil 30 (z. B. mit einer Mantelfläche des Zylinders) und die geschlossene Grundfläche 24. An der Außenfläche des zylindrischen Wandteils 30 befindet sich eine äußere, ringförmige, umlaufende Nut 32.
Diese äußere Nut 32 dient als Sitz für die Aufnahme einer Hydraulikdichtung, z. B. eines O-Rings (nicht abgebildet).
Die äußere Nut 32 befindet sich in der Nähe eines axialen Endes des Bremskolbens 14, das dem der Hydraulikkammer 26 zugewandten axialen Ende gegenüber liegt. Er umfasst den unten beschriebenen Endflächenabschnitt 34. Im gezeigten Beispiel ist das axiale Ende, an dem die äußere Nut 32 angeordnet ist, von der Grundfläche 24 entfernt. Der axiale Abstand zwischen der äu-ßeren Nut 32 und dem benachbarten axialen Ende (das von der optionalen Grundfläche 24 entfernt ist) des Bremskolbens 14 kann weniger als 20 % und insbesondere weniger als 10 % der axialen Länge A des Bremskolbens 14 betragen. Es ist zu beachten, dass diese Position der äußeren Nut 32 nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt ist und ein allgemeines Merkmal jeder Ausführungsform der Erfindung mit einer entsprechenden äußeren Nut 32 sein kann.
Das von der Grundfläche 24 abgewandte Ende des Bremskolbens 14 weist einen Endflächenabschnitt 34 auf. Der Endflächenabschnitt 34 erstreckt sich radial und damit in einem Winkel zum zylindrischen Wandteil 30. Er kann beispielsweise im Wesentlichen orthogonal zum zylindrischen Wandteil 30 und damit zur Längsachse L verlaufen. Die dem Bremsbelag 10 zugewandte Außenseite des Endflächenabschnitts 34 wird durch einen ringförmigen Abschnitt 36 gebildet. Der ringförmige Abschnitt 36 bildet eine geschlossene, ringförmige Fläche, deren Innendurchmesser D1 den offenen Mittelabschnitt 38 umschließt. Anders ausgedrückt, kann der offene Mittelabschnitt 38 eine Öffnung definieren, durch die das Innenvolumen und damit der hohle Innenraum des Bremskolbens 14 zugänglich ist.
An einer Innenfläche des Bremskolbens 14 und, zumindest im gezeigten Beispiel, in einem Übergangsbereich zwischen dem zylindrischen Wandteil 30 und dem Endflächenabschnitt 34 ist eine innere Nut 40 vorgesehen. Die Nut 40 erstreckt sich in Umfangsrichtung und bildet einen geschlossenen, durchgehenden Ring. Sie überlappt sich axial mit der äußeren Nut 32. Außerdem geht er in den radial nach innen vorspringenden Abschnitt des Endflächenabschnitts 34 über.
Dies ist auch aus der Detailansicht von 2 ersichtlich, die eine vergrößerte Ansicht des eingekreisten Teils des Bremskolbens in 1 zeigt. Auch hier ist zu erkennen, dass sich die axiale Position der inneren Nut 40 und die axiale Position der äußeren Nut 32 überschneiden. Außerdem geht eine Innenseite des radial nach innen vorspringenden Abschnitts des Endflächenabschnitts 36 in die innere Nut 40 über.
Dadurch wird eine Materialfestigkeit (und insbesondere eine radiale Materialstärke) im Bereich der ringförmigen Nut 40 und insbesondere im Bereich einer axialen Überlappung zwischen der ringförmigen Nut 40 und der äußeren Nut 32 lokal reduziert. Es ist zu beachten, dass eine erhebliche Reduzierung der Materialstärke auch ohne Bereitstellen der optionalen äußeren Nut 32 erreicht werden könnte.
Ferner zeigt 1, dass das Querschnittsprofil der ringförmigen Nut 40 abgerundet und insbesondere bogenförmig ist. Dadurch wird eine bessere Verteilung und insbesondere ein besserer Fluss der mechanischen Spannungen innerhalb und durch den Bremskolben 14 erreicht. Dadurch wird das Risiko von Rissen oder Brüchen verringert, während die ringförmige Nut 40 weiterhin eine gewollte strukturelle Elastizität aufweist.
Insbesondere beim Anpressen des Bremsbelags 10 gegen die nicht abgebildete Bremsscheibe können erhebliche Reibungskräfte und/oder Vibrationen auftreten. Diese werden auf den Bremskolben 14 übertragen. Aufgrund der strukturellen Elastizität im Bereich der ringförmigen Nut 40 werden diese Schwingungen jedoch durch den Bremskolben 14 zumindest teilweise strukturell gedämpft.
Beispielsweise kann eine mechanische Energie dieser Schwingungen zumindest teilweise durch eine lokale elastische Verformung des Bremskolbens 14 im Bereich der ringförmigen Nut 40 abgebaut werden. Dadurch wird das Ausmaß der Schwingungen begrenzt, die vom Bremskolben 14 auf den Bremssattel 20 und weitere damit verbundene Fahrzeugkomponenten übertragen werden könnten. Auf diese Weise kann die Geräuschentwicklung beim Bremsen reduziert werden, insbesondere die Quietschgeräusche.
Die 3 und 4 zeigen ähnliche Detailansichten wie 2. In diesen Fällen ist der ringförmige Abschnitt 36 nicht völlig glatt und eben wie bei der vorherigen Ausführung, sondern weist Aussparungen 42 auf. Die Aussparungen 42 bilden axiale Vertiefungen. Im Fall von 3 haben die Aussparungen 42 ein im Wesentlichen rechteckiges Querschnittsprofil, was die Kompaktheit verbessern und einfach herzustellen sein kann.
Im Falle von 4 weist zumindest eine Bodenfläche der Aussparungen 42 ein abgerundetes, insbesondere bogenförmiges Querschnittsprofil auf. Ähnlich wie das abgerundete Querschnittsprofil der ringförmigen Nut 40 verhindert dies scharfe Kanten und begrenzt die damit verbundene Gefahr der Rissbildung unter Belastung. Die mehreren Aussparungen 42, die in den 3 und 4 radial übereinander angeordnet sind, sind nur beispielhaft. Es ist auch denkbar, nur eine solche Aussparung 42 pro ringförmigem Abschnitt 36 vorzusehen.
Es kann vorgesehen werden, dass sich die Aussparungen 42 als durchgehender Ring entlang des ringförmigen Abschnitts 36 oder als Ringsegmente mit einer Länge von z. B. nicht mehr als 10 % oder nicht mehr als 20 % des Umfangs des ringförmigen Abschnitts 36 erstrecken.
Die 5-7 zeigen Ausführungsformen, bei denen die Aussparungen 42 eine begrenzte Umfangserstreckung haben und im Allgemeinen als lokale axiale Vertiefungen ausgebildet sind.
Im Fall von 5 sind die Aussparungen 42 rechteckig, wobei eine längere Seite des rechteckigen Umrisses im Wesentlichen radial ausgerichtet ist.
In 6 sind die Aussparungen 42 wiederholt rechteckig. Die längeren Seiten sind jedoch im Wesentlichen in Umfangsrichtung ausgerichtet. Die Aussparungen 42 sind nur beispielhaft radial übereinander angeordnet. Es kann auch vorgesehen sein, dass in jedem ringförmigen Abschnitt 36 nur eine Aussparung 42 vorhanden ist.
In 7 haben die Aussparungen 42 eine elliptische Form. Lediglich als Beispiel erstreckt sich eine längere elliptische Achse in radialer Richtung, könnte aber auch in Umfangsrichtung verlaufen.
Wie in den 5-7 schematisch durch Punkte angedeutet, können die Aussparungen 42 (oder Paare von Aussparungen 42 wie in 6) entlang des gesamten Umfangs des ringförmigen Abschnitts 36 verteilt sein. Insbesondere können sie regelmäßig mit konstanten Umfangsabständen zueinander verteilt sein. Dies trägt dazu bei, eine gleichmäßige strukturelle Dämpfung über die gesamte Oberfläche des ringförmigen Abschnitts 36 zu bewirken.
Die Aussparungen 42 in dem ringförmigen Abschnitt 36 sorgen auch für eine gewisse strukturelle Elastizität, wodurch ein harter Kontakt zwischen dem Bremskolben 14 und dem Bremsbelag 10 begrenzt wird. Sie können auch dazu beitragen, die Reibungskräfte zwischen dem ringförmigen Abschnitt 36 und dem Bremsbelag 10 zu begrenzen. So können sie allgemein zur Begrenzung von Lärm und Vibrationen beim Bremsen beitragen.
Die innere Nut 40 oder die optionalen Aussparungen 42 können teilweise mit einem elastischen Material, wie z. B. einem Gummimaterial und/oder einem Schaumstoff, gefüllt sein, auch wenn dies in den Figuren nicht ausdrücklich dargestellt ist. Dies kann eine zusätzliche geräusch- und/oder vibrationsdämpfende Wirkung haben. Auch kann die dem Betrachter zugewandte Oberfläche des ringförmigen Abschnitts 36 in den 5 - 7 zumindest teilweise mit einem nichtmetallischen Material, insbesondere mit einem Gummi- und/oder Kunststoffmaterial, bedeckt sein. Dies kann dazu beitragen, die Entstehung von Reibungskräften zwischen dem Kolben 14 und dem Bremsbelag 10 zu begrenzen.
Die 8 und 9 zeigen ähnliche Detailansichten wie die 2, 3 und 4. Die 8 und 9 zeigen jeweils andere strukturelle Merkmale, die im ringförmigen Abschnitt 36 vorgesehen sind, wie z. B. eine längliche Nut 52 (die insbesondere in Umfangsrichtung verläuft oder einen geschlossenen Ring bildet). Außerdem sind die axialen Vorsprünge 50 dargestellt. Beispielhaft sind zwei radial gestapelte Vorsprünge 50 dargestellt, es kann aber auch nur ein Vorsprung 50 in jedem Umfangsabschnitt vorhanden sein. Es kann auch nur eine der Nuten 52 und Vorsprung/Vorsprünge 50 anstelle der dargestellten Kombination vorhanden sein.
In 8 sind die Vorsprünge rechteckig, während sie in 9 abgerundet sind. Die Auswirkungen dieser Formen sind die gleichen wie die der rechteckigen und abgerundeten Aussparungen 22, die im Zusammenhang mit den 3 und 4 erläutert wurden.
Liste der Bezugszeichen

10: Bremsbelag
12: Bremssattelanordnung
14: Bremskolben
16: Rückenplatte
18: Reibmaterial
20: Bremssattel
22: Aussparung
24: Grundfläche
26: Hydraulikkammer
28: Hauptkörperabschnitt
30: zylindrischer Wandteil
32: äußere Nut
34: Endflächenabschnitt
36: ringförmiger Abschnitt
38: offener Mittelabschnitt
40: ringförmige Nut
42: Aussparung
50: Nut
52: Vorsprung
A: axiale Länge
L: Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8348025 B2 [0005]

Claims

Bremskolben (14) für eine Scheibenbremsbaugruppe eines Fahrzeugs, wobei der Bremskolben (14) umfasst: - einen zumindest teilweise hohlen Hauptkörperabschnitt (28), der sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt; - einen Endflächenabschnitt (34), der sich in einem Winkel zur Längsachse (L) erstreckt und einen radial äußeren ringförmigen Abschnitt (36) aufweist; - eine sich in Umfangsrichtung erstreckende innere Nut (40), die an einer Innenfläche des Bremskolbens (14) vorgesehen ist, wobei ein axialer Abstand zwischen der inneren Nut (40) und dem Endflächenabschnitt (34) zwischen 0 % und 25 % der axialen Länge (L) des Bremskolbens (14) beträgt.
Bremskolben (14) nach Anspruch 1, wobei die innere Nut (40) einen durchgehenden Ring bildet.
Bremskolben (14) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die innere Nut (40) zumindest teilweise von dem Hauptkörperabschnitt (28) und/oder von einem Übergangsbereich zwischen dem Hauptkörperabschnitt (28) und dem Endflächenabschnitt (34) gebildet wird.
Bremskolben (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hauptkörperabschnitt (28) mindestens eine äußere Aussparung (32) an seiner Außenfläche aufweist und die innere Nut (40) die äußere Aussparung (32) axial überlappt oder von dieser axial um nicht mehr als 10 % der axialen Länge (A) des Bremskolbens (14) beabstandet ist.
Bremskolben (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die innere Nut (40) ein abgerundetes Querschnittsprofil und insbesondere ein halbkreisförmiges oder bogenförmiges Querschnittsprofil aufweist.
Bremskolben (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ringförmige Abschnitt (36) des Endflächenabschnitts (34) eine Vielzahl von Aussparungen (42) aufweist.
Bremskolben (14) nach Anspruch 6, wobei zumindest einige der Aussparungen (42) einen elliptischen Umriss aufweisen.
Bremskolben (14) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei zumindest einige der Aussparungen (42) einen rechteckigen Umriss aufweisen, wobei sich eine längere Seite des Umrisses entlang einer radialen Richtung erstreckt.
Bremskolben (14) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei zumindest einige der Aussparungen (42) einen rechteckigen Umriss aufweisen, wobei sich eine längere Seite des Umrisses entlang einer Umfangsrichtung erstreckt.
Bremskolben (14) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der ringförmige Abschnitt (36) Aussparungen (42) mit unterschiedlichen Formen aufweist.
Bremskolben (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Material, das sich von einem Material des Kolbenhauptkörpers (28) unterscheidet, gemäß mindestens einem der folgenden Punkte vorgesehen ist: - mindestens eine der Aussparungen (42) nach einem der Ansprüche 6 bis 10 ist zumindest teilweise mit dem Material gefüllt; - die innere Nut (40) ist zumindest teilweise mit dem Material gefüllt; - mindestens ein Teil einer Oberfläche des ringförmigen Abschnitts (36) ist mit dem genannten Material bedeckt.
Bremskolben (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ringförmige Abschnitt eine Vielzahl von axialen Vorsprüngen (50) umfasst und/oder wobei mindestens eine längliche Nut (52) in dem ringförmigen Abschnitt vorgesehen ist.
Bremssattelanordnung (12) für eine Fahrzeugscheibenbaugruppe, wobei die Bremssattelanordnung (12) einen Bremssattel (20) mit einem Hohlraum aufweist, in dem ein Bremskolben (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufgenommen ist.