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Diese Offenbarung bezieht sich auf ein Scheibenbremssystem mit einem Kolben und einem Bremsklotz.
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Die Automobilhersteller zwingen Bremsenzulieferer, die wichtigsten Probleme von Scheibenbremssystemen zu lösen: Quietschgeräusche, Schleppmoment, höhere Masse der Bauteile, Pedalweggefühl, Brems- und Scheibenstaub. Insbesondere die Reduzierung des Schleppmoments erweist sich als schwieriges Problem.
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Das Schleppmoment wird sowohl durch den Restwiderstand als auch durch das Ansaugen der Beläge verursacht. Der Restwiderstand beschreibt eine partielle und temporäre Berührung von Bremsscheibe und Bremsklötzen während der Fahrt. Ansaugen hingegen beschreibt eine permanente Kontaktierung von Bremsscheibe und Bremsklötzen, wobei die Bremsklötze an eine Oberfläche der Bremsscheibe angesaugt werden.
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Ein Ansatz zur Verringerung des Restwiderstands ist die Verwendung einer Rückholfeder, die den Federeffekt nutzt, um die Bremsklötze nach der Bremsphase in eine Ausgangsposition zurückzubringen.
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So offenbart
DE 10 2015 223555 A1 eine Bremsklotzführung zur Reduzierung des Reibungswiderstandes in einem in einer Fahrzeugbremse angeordneten Bremssattel. Die Bremsklotzführung wird in den Bremssattel eingebaut, um die Federkraft so zu gestalten, dass die Bremsbeläge von der Bremsscheibe beabstandet werden.
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Die Verwendung einer Feder kann zwar zur Verringerung des Schleppmoments nützlich sein, erfordert aber auch den Einbau zusätzlicher Teile in ein Scheibenbremssystem, die zusätzliches Gewicht und zusätzliche Herstellungskosten verursachen.
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Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, einen alternativen Ansatz zur Reduzierung des Schleppwiderstandes zu beschreiben. Dieses Ziel wird durch das Scheibenbremssystem nach Anspruch 1 erreicht.
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Das Scheibenbremssystem umfasst einen Kolben und einen Bremsklotz, wobei der Kolben und der Bremsklotz durch eine Befestigungsbaugruppe mechanisch miteinander verbunden sind und wobei die Befestigungsbaugruppe eingerichtet ist, eine relative Bewegung zwischen Kolben und Bremsklotz bezüglich einer Betätigungsrichtung des Kolbens zu begrenzen.
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Durch die Befestigungsbaugruppe kann das Schleppmoment reduziert werden, da die Befestigungsbaugruppe es ermöglicht, den Bremsklotz nach der Bremsphase durch eine Rückbewegung des Kolbens selbst von einer Bremsscheibe des Scheibenbremssystems wegzuziehen. Weiterhin, infolge des verringerten Schleppmoments kann das Scheibenbremssystem nach der vorliegenden Offenbarung auch dazu beitragen, einen Materialverschleiß, einen Gesamtkraftstoffverbrauch, eine Geräuschentwicklung und eine Entstehung von Bremsstaub zu verringern. Die vorgeschlagene Änderung eines Scheibenbremssystems erfordert auch keine zusätzlichen Teile.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des Scheibenbremssystems beschrieben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Befestigungsbaugruppe so eingerichtet, dass sie die Relativbewegung so einschränkt, dass ein Spiel in Bezug auf die Relativbewegung des Kolbens und des Bremsbelags in der Betätigungsrichtung auf weniger als 0,2 mm, insbesondere 0,1 mm, begrenzt wird.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Befestigungsbaugruppe zusätzlich oder alternativ so eingerichtet, dass sie eine relative Rotationsbewegung zwischen dem Kolben und dem Bremsklotz in einer Ebene senkrecht zur Betätigungsrichtung des Kolbens ermöglicht.
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In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Befestigungsbaugruppe zusätzlich oder alternativ ein Führungselement in Form eines kreisbogenförmigen Bogens und ein Befestigungselement, das am Führungselement befestigt ist. In dieser Ausführungsform ist das Befestigungselement so eingerichtet, dass es eine Relativbewegung des Führungselements in Bezug auf das Befestigungselement in der Betätigungsrichtung des Kolbens einschränkt.
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Im Folgenden werden verschiedene Varianten der Ausführungsform beschrieben, die die Befestigungsbaugruppe mit dem Führungselement und dem Befestigungselement umfasst.
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In einer Variante dieser Ausführungsform, die ein Führungselement und ein Befestigungselement umfasst, ist das Befestigungselement eingerichtet, sich entlang des Führungselementes zu bewegen, um eine relative Rotationsbewegung zwischen dem Kolben und dem Bremsklotz in einer Ebene senkrecht zur Betätigungsrichtung des Kolbens zu ermöglichen.
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In einer anderen Variante ist das Führungselement zusätzlich oder alternativ wenigstens teilweise durch eine Rille in einer Oberfläche ausgebildet und das Befestigungselement ist wenigstens teilweise in die Rille eingesetzt.
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In einer weiteren Variante ist das Führungselement zusätzlich oder alternativ wenigstens teilweise durch eine Erhöhung auf einer Oberfläche ausgebildet und das Befestigungselement ist entlang der Erhöhung angeordnet und/oder bedeckt die Erhöhung.
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In einer anderen Variante ist das Führungselement zusätzlich oder alternativ kreisförmig ausgebildet.
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In einer anderen Variante ist das Befestigungselement zusätzlich oder alternativ zumindest teilweise stiftförmig und/oder kreisbogenförmig ausgebildet.
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In einer weiteren Variante sind das Führungselement und das Befestigungselement so geformt, dass das Befestigungselement durch eine formschlüssige Verbindung an dem Führungselement befestigt ist.
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In einer anderen Variante ist das Befestigungselement zusätzlich oder alternativ über eine Schnappverbindung und/oder einen Hinterschnitt an dem Führungselement befestigt.
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In einer weiteren Variante umfasst die Befestigungsbaugruppe zusätzlich oder alternativ eine Vielzahl von Führungselementen und eine Vielzahl von entsprechenden Befestigungselementen.
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In einer anderen Variante, die eine Vielzahl von Führungselementen und eine Vielzahl von entsprechenden Befestigungselementen umfasst, sind die Vielzahl von Führungselementen zusätzlich oder alternativ auf einer Befestigungsoberfläche entlang von zwei oder mehr konzentrischen Kreisen angeordnet.
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In allen beschriebenen Ausführungsformen können das Führungselement und das Befestigungselement am Kolben oder am Bremsklotz angeordnet sein. Somit ist in einer Variante das Führungselement an einer bremsklotzzugewandten Seite des Kolbens angeordnet und das Befestigungselement an einer kolbenzugewandten Seite des Bremsklotzes angeordnet. In einer anderen Variante ist zusätzlich oder alternativ das Befestigungselement an einer bremsklotzzugewandten Seite des Kolbens und das Führungselement an einer kolbenzugewandten Seite des Bremsklotzes angeordnet.
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In einer anderen Variante ist das Führungselement zusätzlich oder alternativ kreisförmig ausgebildet. In einer Ausführung dieser Variante ist das Führungselement als halber Kreisbogen ausgebildet. In einer anderen Ausführung ist das Führungselement als ein anderer Bruchteil eines Kreisbogens ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Scheibenbremssystem zusätzlich oder alternativ für den Einsatz in einem Pkw eingerichtet.
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen des Scheibenbremssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Zunächst soll eine kurze Zusammenfassung der Figuren gegeben werden.
- 1 zeigt eine Seitenansicht eines Scheibenbremssystems, das eine Befestigungsbaugruppe umfasst;
- 2a zeigt eine bremsklotzzugewandte Seite des in 1 gezeigten Kolbens;
- 2b zeigt eine kolbenzugewandte Seite des in 1 gezeigten Bremsklotzes;
- 2c zeigt eine Querschnittsansicht eines Kolbens und eines Bremsklotzes des Scheibenbremssystems aus 1 in einer Explosionszeichnung, wobei der Kolben und der Bremsklotz mittels der Befestigungsbaugruppe aneinander befestigt sind;
- 2d zeigt eine vergrößerte Ansicht der in 2c gezeigten Querschnittsansicht;
- 2e zeigt eine Vergrößerung eines Ausschnitts aus 2c, der die Kolben und Bremsklotz umfassende Befestigungsbaugruppe zeigt;
- 3a zeigt eine bremsklotzzugewandte Seite eines Kolbens, die zwei Befestigungselemente umfasst;
- 3b zeigt eine kolbenzugewandte Seite eines Bremsklotzes, welche mit dem in 3a gezeigten Kolben korrespondiert und zwei Führungselemente umfasst;
- 4a zeigt eine bremsklotzzugewandte Seite eines Kolbens, die zwei Führungselemente umfasst; und
- 4b zeigt eine kolbenzugewandte Seite eines Bremsklotzes, welche mit dem in 4a gezeigten Kolben korrespondiert und zwei Führungselemente umfasst.
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Im Folgenden wird eine detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Figuren gegeben. Die Beschreibung beginnt mit einer Beschreibung einer ersten Ausführungsform des Scheibenbremssystems, wie es in der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagen wird, und bezieht sich auf 1 und 2a-d.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines Scheibenbremssystems 100, das eine Befestigungsbaugruppe 112 umfasst.
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Scheibenbremssystem 100 umfasst einen Kolben 102 und einen Bremsklotz 104, wobei der Kolben 102 und der Bremsklotz 104 über eine Befestigungsbaugruppe 112 mechanisch miteinander verbunden sind, wobei die Befestigungsbaugruppe 112 eingerichtet ist, eine relative Bewegung zwischen Kolben 102 und Bremsklotz 104 bezüglich einer Betätigungsrichtung A des Kolbens 102 zu begrenzen.
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In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Scheibenbremssystem 100 ein Schwimmsattelscheibenbremssystem für ein Kraftfahrzeug. Andere Ausführungsformen des Scheibenbremssystems können jedoch auch für andere Fahrzeuge verwendet werden. Das Scheibenbremssystem 100 umfasst eine Bremsscheibe 108. Die Betätigungsrichtung A verläuft etwa parallel zu einer Ebene, in der die Bremsscheibe 108 liegt. Somit ist die Betätigungsrichtung A ungefähr parallel zu einer Achse eines Kraftfahrzeugs, wenn das Scheibenbremssystem 100 montiert ist.
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Das Scheibenbremssystem 100 umfasst einen Schwimmsattel mit einem Sattelgehäuse 110. Bei der gezeigten Schwimmsattelanordnung ist der Kolben an einer Seite der Bremsscheibe 108 angeordnet, die sich, wenn im Auto eingebaut, näher an einem Fahrzeuginnenraum des Autos befindet. Der Bremsklotz 104 wird daher oft auch als innerer Bremsklotz bezeichnet. Auf einer gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 108 umfasst das Scheibenbremssystem 100 einen weiteren Bremsklotz 106, der häufig als äußerer Bremsklotz bezeichnet wird. Andere Ausführungsformen des Scheibenbremssystems können jedoch auch einen festen Bremssattel umfassen. Bei Festbremssattelanordnungen sind Kolben mit jeweiligen Bremsklötzen auf beiden Seiten der Bremsscheibe 108 angeordnet. Die Befestigungsbaugruppe 112, die weiter unten im Detail beschrieben wird, kann mit Kolben und Bremsklötzen auf beiden Seiten der Bremsscheibe verwendet werden.
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Die Befestigungsbaugruppe 112 des Scheibenbremssystems 100 ist so eingerichtet, dass sie eine relative Drehbewegung zwischen dem Kolben 102 und dem Bremsklotz 104 in einer Ebene senkrecht zur Betätigungsrichtung A des Kolbens 102 ermöglicht.
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Details bezüglich einer möglichen Realisierung der Befestigungsbaugruppe werden im Folgenden mit Bezug auf 2a-2d beschrieben.
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2c zeigt eine Querschnittsansicht des Kolbens 102 und des Bremsklotzes 104 des Scheibenbremssystems 100 aus 1 in einer Explosionszeichnung, wobei der Kolben 102 und der Bremsklotz 104 mittels der Befestigungsbaugruppe 112 aneinander befestigt sind. 2a zeigt eine bremsklotzzugewandte Seite des Kolbens 102 aus 1. 2b zeigt eine kolbenzugewandte Seite des Bremsklotzes 104 aus 1.
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Die Befestigungsbaugruppe 112 umfasst ein Führungselement 112.1 in Form eines Kreisbogens, insbesondere in Form eines Vollkreises. Darüber hinaus umfasst die Befestigungsbaugruppe 112 ein Befestigungselement 112.2, das an dem Führungselement 112.1 befestigt ist, wenn es in das Scheibenbremssystem 100 eingebaut ist, und so eingerichtet ist, dass es eine relative Bewegung des Führungselements 112.1 in Bezug auf das Befestigungselement 112.2 in der Betätigungsrichtung A des Kolbens 102 begrenzt.
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In dem in 2a-2c gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Führungselement 112.1 an einer kolbenzugewandten Seite des Bremsklotzes 104 angeordnet und das Befestigungselement 112.2 an einer bremsklotzzugewandten Seite des Kolbens 102. Der Bremsklotz 104 umfasst eine Rückplatte 104.2 und ein an der Rückplatte 104.2 befestigtes Reibmaterial 104.1. Das Führungselement 112.1 ist an einer kolbenzugewandten Seite der Rückplatte 104.2 angeordnet.
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2e zeigt eine Vergrößerung eines Ausschnitts E aus 2a, der die Kolben 102 und Bremsklotz 104 umfassende Befestigungsbaugruppe 112 zeigt.
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Wie aus 2c ersichtlich ist, ist das Führungselement 112.1 durch eine Nut in einer Oberfläche der dem Kolben zugewandten Seite der Rückplatte 104.2 ausgebildet und das Befestigungselement 112.2 ist in die Nut eingesetzt, wenn es vollständig in das Scheibenbremssystem 100 eingebaut ist. Bei dem in den 2a-2e gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Befestigungselement 112.2 durch eine formschlüssige Verbindung mit dem Führungselement 112.1 verbunden. Insbesondere ist das Befestigungselement 112.2 über eine Schnappverbindung, die durch einen biegbaren Vorsprung 112.2.1 und eine entsprechende Vertiefung 112.1.1 gebildet ist, am Führungselement 112.1 befestigt. Durch diese Konstruktion ist das Befestigungselement 112.2 so eingerichtet, dass es sich entlang des Führungselements 112.1 bewegt, um eine relative Drehbewegung zwischen dem Kolben 102 und dem Bremsklotz 104 um eine Ebene senkrecht zur Betätigungsrichtung A des Kolbens 102 zu ermöglichen. Aufgrund der kreisrunden Form des Führungselements 112.1 eignet sich die Befestigungsbaugruppe 112 besonders für die Verwendung mit einem Kolben, der keinen Antirotationsmechanismus umfasst. Die runde Form ermöglicht eine kontinuierliche Drehung des Kolbens um seine Symmetrieachse. Andere Ausführungsbeispiele verwenden jedoch andere Verbindungen, insbesondere andere formschlüssige Verbindungen, um den Kolben am Bremsklotz zu befestigen.
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2d zeigt eine vergrößerte Ansicht der in 2c gezeigten Querschnittsansicht. In dieser Vergrößerung sind das Führungselement 112.1 des Bremsklotzes 104 und das Befestigungselement 112.2 des Kolbens 102 dargestellt. Eine Form des Befestigungselements 112.2 und eine Form des Führungselements 112.1 einschließlich der Schnappverbindung (in der Figur nicht sichtbar) sind so gewählt, dass ein axialer Spalt 112.4 zwischen dem Befestigungselement 112.2 und dem Führungselement 112.1 klein ist, um die Relativbewegung zwischen dem Kolben 102 und dem Bremsbelag 104 in Bezug auf die Betätigungsrichtung A des Kolbens 102 zu begrenzen. Gleichzeitig werden die Form des Befestigungselements 112.2 und die Form des Führungselements 112.1 so gewählt, dass ein radialer Spalt 112.3 zwischen dem Befestigungselement 112.2 und dem Führungselement 112.1 ausreichend groß ist, um die relative Drehbewegung zwischen dem Kolben 102 und dem Bremsklotz 104 in einer Ebene senkrecht zur Betätigungsrichtung A des Kolbens 102 zu ermöglichen.
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Für den Axialspalt 112.4 wird ein Spiel von weniger als 0,2 mm, insbesondere von weniger als 0,1 mm bevorzugt. In Bezug auf den Radialspalt 112.3 sollte ein Spiel größer als 0,1 mm sein.
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Bei der Ausführungsform der Befestigungsbaugruppe 112 in den 2a-e haben das Führungselement 112.1 und das Befestigungselement 112.2 eine kreisförmige Form, so dass eines der beiden Elemente das andere führen kann. Daher könnte die Benennung in diesem Beispiel auch umgekehrt werden. In anderen Ausführungsbeispielen ist dies jedoch anders. Eines dieser Ausführungsbeispiele wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 3a und 3b beschrieben.
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3a zeigt eine bremsklotzzugewandte Seite eines Kolbens 202, die zwei Befestigungselemente 212.2.1 und 212.2.2 umfasst. 3b zeigt eine bremsklotzzugewandte Seite eines entsprechenden Bremsklotzes 204, die zwei Führungselemente 212.1.1 und 212.1.2 umfasst.
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Der Kolben 202 und der Bremsklotz 204 können bei dem Scheibenbremssystem 100 anstelle des Kolbens 102 und des Bremsklotzes 104 verwendet werden.
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Die Führungselemente 212.1.1 und 212.1.2 sind beide bogenförmig geformt. Das Führungselement 212.1.1 umfasst einen breiten Eingangsabschnitt 212.1.1w und einen schmaleren Verriegelungsabschnitt 212.1.1n, wobei der schmalere Verriegelungsabschnitt einen Hinterschnitt (nicht dargestellt) aufweist. Das Führungselement 212.1.2 ist identisch geformt.
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Der Kolben 202 umfasst zwei Befestigungselementen 212.2.1 und 212.2.2, die als Stifte mit jeweils einem breiten Kopf und einem schmalen Körper ausgebildet sind. Der breite Kopf der Stifte 212.2.1 und 212.2.2 ist so geformt, dass jeder der Stifte 212.2.1 und 212.2.2 durch den Eintrittsabschnitt 212.1.1w in die Führungselemente 212.1.1 und 212.1.2 eintreten kann. Die Befestigungselemente 212.2.1 und 212.2.2 können dann sicher an den Führungselementen 212.1.1 und 212.1.2 befestigt werden, indem der Kolben 202 und der Bremsklotz 204 relativ zueinander so gedreht werden, dass jeder Stift in den schmalen Abschnitt des Führungselements 212.1.1 bzw. 212.1.2 bewegt wird.
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Die Befestigungsbaugruppe 212 eignet sich besonders für Kolben mit einem Antirotationsmechanismus, da die Führungselemente 212.1 und 212.2 keine volle 360°-Drehung des Kolbens 202 zulassen.
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In 3a und 3b sind die Führungselemente 212.1.1 und 212.1.2 Teil des Bremsklotzes 204 und die Befestigungselemente 212.2.1 und 212.2.2 Teil des Kolbens 202. In anderen Ausführungsbeispielen kann dies jedoch auch entgegengesetzt sein. Solch ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 4a und 4b beschrieben.
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4a zeigt eine bremsklotzzugewandte Seite eines Kolbens 302, die zwei Befestigungselemente 312.1.1 und 312.1.2 umfasst. 4b zeigt eine kolbenzugewandte Seite eines entsprechenden Bremsklotzes 304, die zwei Führungselemente 312.2.1 und 312.2.2 umfasst.
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Der Kolben 302 und der Bremsklotz 404 können bei dem Scheibenbremssystem 100 anstelle des Kolbens 102 und des Bremsklotzes 104 verwendet werden.
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Zusammenfassend beschreibt die vorliegende Offenbarung ein Scheibenbremssystem (100), umfassend einen Kolben (102) und einen Bremsklotz (104), wobei der Kolben (102) und der Bremsklotz (104) über eine Befestigungsbaugruppe (112) mechanisch miteinander verbunden sind, wobei die Befestigungsbaugruppe (112) eingerichtet ist, eine relative Bewegung zwischen Kolben (102) und Bremsklotz (104) bezüglich einer Betätigungsrichtung (A) des Kolbens (102) zu begrenzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015223555 A1 [0005]