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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine Fahrzeugradbremse, insbesondere eine Fahrzeugscheibenbremse. Die Erfindung betrifft auch eine Bremskolbenanordnung für so eine Fahrzeugradbremse, die eine Dichtungsanordnung umfasst. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein Straßenfahrzeug handeln, z. B. einen Pkw, einen Lkw oder einen Bus.
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Bei bekannten Fahrzeugradbremsen und insbesondere bei Fahrzeugscheibenbremsen sind Bremskolben verschiebbar, um eine Kraft auf einen Bremsbelag zu übertragen. Der Bremsbelag kann so in Kontakt mit einem mit der Fahrzeugbremse mitrotierenden Elementgezwungen werden, wie z. B. einer Bremsscheibe. Dadurch wird eine Bremskraft erzeugt.
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Der Bremskolben ist in der Regel ein zylindrisches Element mit kreisförmigem Querschnitt. Er wird in einem Hohlraum (typischerweise als Hohlzylinder geformt) in einem Gehäuse aufgenommen. Das Gehäuse wird häufig von einem Bremssattel gebildet oder ist von diesem umfasst.
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Der Bremskolben und der Hohlraum begrenzen gemeinsam eine Hydraulikkammer. In der Hydraulikkammer wird unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit aufgenommen bzw. aus ihr abgelassen, um den Bremskolben zum Aktivieren bzw. Deaktivieren der Bremse zu verschieben. Zur hydraulischen Abdichtung des Bremskolbens gegenüber dem Hohlraum ist eine Dichtung vorgesehen. Die Dichtung ist unter Verschiebung des Bremskolbens elastisch verformbar. Ein Beispiel für eine bestehende Bremskolbenanordnung mit einer entsprechenden Dichtung findet sich in
US 7255207 B2 .
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Es ist auch bekannt, dass solche Dichtungen einen sogenannten Rollback-Effekt haben können. Dies umfasst, dass nach einer Verschiebung des Bremskolbens und einem Ablassen des hydraulischen Drucks die elastische Entspannung der Dichtung eine Kraft auf den Bremskolben ausübt. Diese Kraft kann den Bremskolben in seine ursprüngliche Position zurückdrängen, die er vor der Aktivierung der Bremse eingenommen hat.
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Es wurde festgestellt, dass das Bremspedalgefühl existierender Fahrzeugradbremsen nicht immer stabil ist. Außerdem wurde festgestellt, dass ein bestimmtes Bremsflüssigkeitsvolumen und/oder ein bestimmter Druck in der Hydraulikkammer nicht immer in eine erwartete Bremskraft umgesetzt werden kann. Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das Verhalten von Bremskolbenanordnungen mit Dichtungen zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen und in dieser Beschreibung beschrieben.
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Dementsprechend wird eine Dichtungsanordnung für einen Bremskolben einer Fahrzeugradbremse offenbart, wobei der Bremskolben verschiebbar in einem Gehäuse aufgenommen ist und die Dichtungsanordnung dazu eingerichtet ist, den Bremskolben in Bezug auf das Gehäuse fluidisch abzudichten; wobei die Dichtungsanordnung umfasst:
- - ein elastisch verformbares Dichtungselement mit einem ersten Abschnitt, der dazu eingerichtet ist, eine Außenfläche des Kolbens zu berühren;
- - ein Versteifungselement, das an mindestens einem zweiten Abschnitt des Dichtungselements angeordnet ist,
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Das Versteifungselement kann im Allgemeinen steifer sein als das Dichtungselement. Es kann aus einem anderen und steiferen Material im Vergleich zum Dichtungselement hergestellt sein. Dementsprechend kann das Versteifungselement eine zumindest lokale Versteifungsfunktion bereitstellen, die das insbesondere axiale Ausmaß der elastischen Verformung des Dichtungselements während des Bremsvorgangs verringert.
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Der Bremskolben kann entlang einer Verschiebungsachse verschiebbar sein. Diese Achse kann parallel zu einer Drehachse einer Bremsscheibe und/oder eines zu bremsenden Fahrzeugrades verlaufen. Hinweise auf Richtungen wie axial, radial und in Umfangsrichtung können sich allgemein auf die Verschiebungsachse beziehen. Eine axiale Richtung kann sich entlang oder parallel zur Verschiebungsachse erstrecken, eine radiale Richtung kann sich in einem Winkel und insbesondere orthogonal dazu erstrecken und eine Umfangsrichtung kann sich um die Verschiebungsachse oder um die Verschiebungsachse herum erstrecken.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Versteifungselement dazu eingerichtet, als Reaktion auf eine Verschiebung des Bremskolbens nicht elastisch verformbar zu sein, oder, anders ausgedrückt, dazu eingerichtet, als Reaktion auf eine Verschiebung des Bremskolbens steif und/oder elastisch unverformt zu bleiben. Dementsprechend kann das Versteifungselement z. B. keine Federfunktion haben und/oder nicht federartig elastisch verformbar sein. Vielmehr kann das Versteifungselement im Allgemeinen seine Form während des Bremsvorgangs beibehalten.
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Gemäß einer allgemeinen Erkenntnis dieser Offenbarung wurde festgestellt, dass die elastische Verformung und insbesondere die axiale Kompression der Dichtung dazu beitragen kann, ein erwartetes Volumen der Hydraulikkammer zu verändern. Dieser Beitrag kann unbeabsichtigt und schwer vorhersehbar sein. Dadurch kann sich das Volumen der Hydraulikkammer, abgesehen von der beabsichtigten und vorhersehbaren Vergrößerung durch die Verschiebung des Bremskolbens, verändern und insbesondere durch die elastische Verformung der Dichtung vergrößern. Dies kann dazu führen, dass beim Bremsen ein zusätzliches Bremsflüssigkeitsvolumen angesaugt wird (d. h. um das zusätzliche Volumen der Hydraulikkammer zu füllen, das sich aus dem verformten und insbesondere axial zusammengedrückten oder ausgelenkten Dichtungselement ergibt).
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Relevante Fälle der Verformung der Dichtung, die zu einer zusätzlichen Vergrößerung des Volumens der Hydraulikkammer beitragen, können eine axiale Kompression der Dichtung umfassen. Ein weiterer relevanter Fall, der zusätzlich oder alternativ auftreten kann, betrifft die axiale Auslenkung der Dichtung in Verschieberichtung des Bremskolbens (d. h. typischerweise in Richtung einer Bremsscheibe oder eines Bremsbelags). Dadurch kann die Dichtung z. B. von der Mitte der Hydraulikkammer weggelenkt werden, so dass sich das Volumen der Hydraulikkammer entsprechend vergrößern kann.
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Die Aufnahme von zusätzlichem Bremsflüssigkeitsvolumen beim Bremsen kann ein Grund für das Auftreten eines unerwarteten Pedalgefühls sein. Es bedeutet auch, dass z.B. ein bestimmtes Bremsflüssigkeitsvolumen oder ein bestimmter Bremsdruck, der z.B. nach Berechnungen oder Simulationsmodellen erwartungsgemäß eine bestimmte Bremskraft erzeugen soll, nicht ausreichen kann, um diese Bremskraft zu erzeugen. Vielmehr kann dieses Volumen bzw. dieser Druck durch den zusätzlichen Volumenanteil der Hydraulikkammer, der sich aus der Verformung der Dichtung ergibt, teilweise absorbiert werden. Dies kann die Bremsleistung einschränken, z. B. in Bezug auf die Wirksamkeit, mit der (zumindest anfänglich und unabhängig von einer Dichtungsverformung) bereitgestellte Bremsflüssigkeitsmengen und Bremsdrücke in erzeugte Bremskräfte umgesetzt werden.
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Die offenbarte Dichtungsanordnung löst diese Probleme, indem sie die elastische Verformbarkeit des Dichtungselements verringert. Zu diesem Zweck ist das Versteifungselement vorgesehen, das als Versteifungsstruktur wirkt, um die elastische Verformung des Dichtungselements zumindest örtlich (z. B. an dem zweiten Abschnitt) zu begrenzen. Infolgedessen kann der Beitrag der Dichtung zu einer zusätzlichen Volumenänderung der Hydraulikkammer reduziert werden, wodurch die Größe des zusätzlich aufgenommenen Bremsflüssigkeitsvolumens, das durch die Verformung der Dichtung entsteht, begrenzt wird.
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Andererseits ist der erste Teil des Dichtungselements, der mit dem Kolben in Berührung kommt, weiterhin elastisch verformbar, so dass eine zuverlässige Dichtfunktion gewährleistet ist.
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Weitere mögliche Vorteile sind eine vereinfachte Montage, da das Versteifungselement besser manuell handhabbar ist als das flexible Dichtungselement. Außerdem kann das Versteifungselement dazu beitragen, die Fertigungstoleranzen zwischen dem Versteifungselement und dem Gehäuse zumindest teilweise auszugleichen.
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Die Dichtungsanordnung, die den Bremskolben gegenüber dem Gehäuse fluidisch abdichtet, kann gleichbedeutend mit einer fluidisch dichten Verbindung zwischen diesen Elementen sein. Die Dichtungsanordnung kann in Bezug auf den Bremskolben im Wesentlichen stationär sein (z. B. abgesehen von ihrer Entlüftung).
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Die Dichtungsanordnung kann z. B. in einem Aufnahmeabschnitt des Gehäuses, wie einer Nut, insbesondere einer kreis- oder ringförmigen Nut, aufgenommen sein. Der Aufnahmeabschnitt kann an einer Innenfläche oder Innenwand des Gehäuses, genauer gesagt eines Hohlraums des Gehäuses, in dem der Bremskolben aufgenommen ist, vorgesehen sein. Der Kolben und insbesondere eine äußere Umfangsfläche desselben kann mit einer inneren Umfangsfläche des Dichtungselements in Kontakt sein. Der Kolben kann entlang und relativ zu dem Dichtungselement gleiten. Der Kolben kann das Gehäuse nicht direkt berühren, sondern kann von der Dichtungsanordnung im Gehäuse (und/oder gegenüber dem Gehäuse) abgestützt werden.
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Das Dichtungselement kann z. B. einen kreisförmigen oder polygonalen und insbesondere einen rechteckigen Querschnitt haben. Der erste und der zweite Abschnitt des Dichtungselements können durch unterschiedliche Flächen (insbesondere unterschiedlich ausgerichtete Flächen) des Dichtungselements gebildet werden. Zusätzlich oder alternativ können sie durch unterschiedliche Umfangsabschnitte des Dichtungselements und insbesondere von einem Querschnitt des Dichtungselements gebildet werden. Im Allgemeinen kann der Querschnitt des Dichtungselements in einer Ebene definiert sein, die eine Verschiebungsachse des Bremskolbens umfasst.
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Um bei einer Bremskolbenverschiebung unverformt zu bleiben, kann eine Steifigkeit des Versteifungselements entsprechend eingestellt sein, z.B. durch eine entsprechende Materialwahl und/oder eine Formgebung und/oder eine Dimensionierung des Versteifungselements. Insbesondere können die zu erwartenden Kräfte bei der Verschiebung des Bremskolbens, die auf das Dichtungselement wirken, bekannt sein, so dass das Dichtungselement entsprechend ausgelegt werden kann, um seine Dichtwirkung zu erzielen. Außerdem ist die Bremskolbenanordnung, für die die Dichtungsanordnung vorgesehen ist, in der Regel durch die erwarteten und zulässigen Bereiche der hydraulischen Drücke beim Bremsen gekennzeichnet. Daher kann der Bereich der erwarteten und/oder zulässigen Kräfte, die auf das Versteifungselement einwirken können, allgemein bekannt sein. Das Versteifungselement kann daher so konstruiert sein, dass es sich im Gegensatz zu dem elastisch verformbaren Dichtungselement bei Einwirkung dieser Kräfte nicht wesentlich elastisch verformt.
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Die Steifigkeit eines jeden hier erörterten Bauteils und Materials kann z. B. durch einen E-Modul, einen G-Modul oder eine Poisson-Zahl definiert sein. Das Versteifungselement kann im Vergleich zum Dichtungselement eine geringere Materialstärke, ein geringeres Volumen und/oder ein geringeres Gewicht aufweisen. Auf diese Weise kann die Dichtungsanordnung besonders kompakt gestaltet werden.
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Eine Möglichkeit, um sicherzustellen, dass das Versteifungselement unverformt bleibt, ist die Verwendung eines Metallmaterials oder eines starren Kunststoffs für die Formung des Versteifungselements. Das Versteifungselement kann beispielsweise ein einteiliges Element sein und/oder nur das genannte Metallmaterial oder den starren Kunststoff umfassen. Jegliches Material des Versteifungselements kann sich im Allgemeinen von dem Material des Dichtungselements unterscheiden. Das Versteifungselement und jegliches Material hiervon können im Allgemeinen steifer sein als das Dichtungselement und jegliches Material hiervon.
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In einem Beispiel ist das Versteifungselement ringförmig. Um eine besonders zuverlässige und gleichmäßige Versteifungswirkung zu erzielen, kann das Versteifungselement als durchgehender Ring ausgebildet sein und/oder konstante Querschnittsabmessungen haben. Zusätzlich oder alternativ kann das Dichtungselement ringförmig sein. Auch hier kann der Ring durchgehend sein und/oder einen konstanten Querschnitt haben. Die Ringform des Versteifungselements oder des Dichtungselements kann sich konzentrisch zur Verschiebungsachse des Bremskolbens und/oder in Umfangsrichtung um die Verschiebungsachse bzw. um diese herum erstrecken.
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In einem weiteren Beispiel ist das Versteifungselement dazu eingerichtet, das Gehäuse zu berühren. Es kann beispielsweise einen Aufnahmeabschnitt oder eine hierin offenbarte Nut berühren, die in dem Gehäuse zur Aufnahme der Dichtungsanordnung vorgesehen ist. Andererseits kann zumindest der zweite Abschnitt des Dichtungselements, an dem das Versteifungselement angeordnet ist, das Gehäuse nicht berühren. Anders ausgedrückt, kann das Versteifungselement zumindest den zweiten Abschnitt vor einem direkten Kontakt mit dem Gehäuse abschirmen. Mit anderen Worten, das Versteifungselement kann als Abdeckung dienen, die zwischen dem Gehäuse und dem zweiten Abschnitt des Dichtungselements angeordnet ist, wodurch z. B. ein direkter Kontakt zwischen dem zweiten Abschnitt und dem Gehäuse verhindert wird. Stattdessen kann sich das Gehäuse nur indirekt über die Berührung des Versteifungselements an dem Dichtungselement abstützen.
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Generell kann das Anliegen des Versteifungselements an dem Gehäuse dazu beitragen, einen definierten Kontakt der Dichtungsanordnung zum Gehäuse sowie ein definiertes Verformungsverhalten des Dichtungselements zu erreichen. Dies kann dadurch verursacht werden, dass das Versteifungselement die Kräfte in einem definierten und vorhersehbaren Bereich und insbesondere auf größere und/oder unterschiedliche Bereiche des Dichtungselements verteilt.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der zweite Abschnitt mindestens eine Fläche (insbesondere eine Außenfläche oder Seitenfläche) des Dichtungselements. Die Fläche kann zum Beispiel eine Außenfläche eines Querschnitts des Dichtungselements sein. Zusätzlich oder alternativ kann diese Fläche dem Gehäuse zugewandt sein, insbesondere einer Wand oder einer Oberfläche eines Aufnahmeabschnitts oder einer hierin offenbarten Nut. Die Fläche kann so ausgerichtet sein, dass sie im hypothetischen Fall, dass das Versteifungselement nicht vorhanden ist, dazu konfiguriert wäre, das Gehäuse zu berühren. Durch die Anbringung des Versteifungselements an einer solchen Fläche kann die gewünschte Versteifungswirkung des Dichtungselements besonders effektiv erzielt werden.
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In diesem Zusammenhang kann die Fläche des Dichtungselements, an der das Versteifungselement angeordnet ist, eine der folgenden sein: eine (radial) äu-ßere Umfangsfläche des Dichtungselements, eine innere axiale Fläche des Dichtungselements, eine äußere axiale Fläche des Dichtungselements. Andererseits kann die innere Umfangsfläche des Dichtungselements den ersten Abschnitt für den Kontakt mit dem Bremskolben umfassen. Dieser Kontakt kann vorteilhaft sein, um die gewünschte Dichtwirkung zu erzielen, so dass die innere Umfangsfläche im Allgemeinen nicht durch das Versteifungselement abgedeckt und/oder behindert werden kann.
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Die äußere Umfangsfläche kann von dem Kolben abgewandt und/oder dem Gehäuse zugewandt sein. Sie kann zum Beispiel einer Umfangsfläche oder einer Bodenfläche eines optionalen Aufnahmeabschnitts und insbesondere einer in dem Gehäuse vorgesehenen Nut gegenüberliegen. Die äußere Umfangsfläche kann eine radial äußerste Fläche des Dichtungselements bilden. Das Vorsehen des Versteifungselements an der äußeren Umfangsfläche kann eine elastische Verformung und insbesondere eine Kompression zumindest der äußeren Umfangsfläche sowie benachbarter Abschnitte des Dichtungselements begrenzen. Dies trägt dazu bei, den Beitrag dieses Dichtungselements zu einer Volumenvergrößerung der Hydraulikkammer zu begrenzen. Wie weiter unten bei der Diskussion der Figuren beschrieben, kann das Vorsehen des Versteifungselements an der äußeren Umfangsfläche die Bildung einer Presspassung zwischen dem Versteifungselement und dem Dichtungselement ermöglichen.
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Die innere axiale Fläche und die äußere axiale Fläche können unterschiedliche oder gegenüberliegende Seiten des Dichtungselements bilden oder von diesen umfasst sein, wobei diese Seiten insbesondere voneinander abgewandt sind. Beispielsweise kann die äußere axiale Fläche der Bremsscheibe oder dem Bremsbelag, auf den der Bremskolben wirkt, zugewandt sein, während die innere axiale Fläche von der Bremsscheibe oder dem Bremsbelag abgewandt sein kann. Stattdessen kann sie der Hydraulikkammer zugewandt sein und/oder an sie angrenzen und/oder sie begrenzen.
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Das Bereitstellen des Versteifungselements an mindestens einer dieser axialen Flächen kann eine besonders wirksame Versteifungswirkung erzielen. Denn durch die axiale Verschiebung des Bremskolbens können auf diese Flächen besonders große Kräfte wirken, die sonst (d. h. ohne das Versteifungselement) eine erhebliche elastische Verformung des Dichtungselements verursachen würden. Diese Verformung könnte erheblich zu einer unerwarteten und unerwünschten Vergrößerung der Hydraulikkammer beitragen, wenn das Versteifungselement nicht vorhanden wäre.
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In einem anderen Beispiel hat das Versteifungselement einen gewinkelten Querschnitt. Dies kann ermöglichen, dass das Versteifungselement an oder entlang von mindestens zwei Flächen des Dichtungselements angeordnet ist, wobei diese Flächen z. B. in einem ähnlichen Winkel zueinander verlaufen wie das Versteifungselement. In diesem Fall kann das Versteifungselement z. B. einen eckigen oder L-förmigen Querschnitt aufweisen (wobei die L-Form nicht unbedingt aufrecht sein muss). In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass das Versteifungselement an einer axialen Fläche und an der äußeren Umfangsfläche des Dichtungselements angeordnet ist. Dadurch kann eine besonders wirksame Abschirm- und/oder Abdeckwirkung des Dichtungselements erzielt werden, um eine unerwünschte Verformung oder Stauchung desselben zu begrenzen.
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Gemäß einem weiteren Beispiel ist das Versteifungselement an dem Dichtungselement befestigt, insbesondere fixiert. Dies kann z. B. eine mechanische Befestigung und/oder eine Klebebefestigung umfassen. Im Falle einer mechanischen Befestigung kann das Versteifungselement z. B. Vorsprünge und/oder Stacheln umfassen, die in das Dichtungselement gedrückt werden.
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Alternativ kann die Befestigung des Versteifungselements am Dichtungselement eine Presspassung umfassen. Zum Beispiel kann das Dichtungselement in das Versteifungselement aufgenommen werden. Insbesondere kann es unter einer elastischen Verformung (insbesondere einer radialen elastischen Verformung) in das Versteifungselement eingefügt werden. Dadurch können sich die Kontaktkräfte und damit die Reibungskräfte zwischen dem Dichtungselement und dem Versteifungselement, durch die diese Elemente aneinander befestigt sind, erhöhen. Die Befestigung des Versteifungselements am Dichtungselement kann die Zuverlässigkeit der gewünschten Versteifungswirkung über eine lange Betriebsdauer der Dichtungsanordnung verbessern.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Bremskolbenanordnung für eine Fahrzeugradbremse (insbesondere eine Fahrzeugscheibenbremse), wobei die Bremskolbenanordnung umfasst:
- - einen Bremskolben,
- - ein Gehäuse, in dem der Bremskolben verschiebbar aufgenommen ist, und
- - eine Dichtungsanordnung gemäß einem der hierin offengelegten Aspekte.
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Gemäß einer Ausführungsform der Bremskolbenanordnung umfasst das Gehäuse eine ringförmige Nut (oder einen anderen Aufnahmeabschnitt gemäß einem der hier offengelegten Aspekte), wobei die Dichtungsanordnung in der ringförmigen Nut aufgenommen ist.
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In einem Beispiel weist das Versteifungselement eine ungleichmäßige Materialstärke auf und/oder hat mindestens einen keilförmigen (und/oder verbreiterten) Abschnitt, der sich z. B. in Richtung des Bremskolbens erstreckt. Dadurch kann ein flüssigkeitsdichtender Form- und/oder Kraftschluss zwischen dem Versteifungselement und dem Gehäuse hergestellt werden.
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Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Figuren erläutert. In den Figuren können gleiche Merkmale durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sein.
- 1 ist eine Schnittdarstellung einer Scheibenbremsanordnung mit einer Bremskolbenanordnung und einer Dichtungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform.
- 2 ist eine Schnittdarstellung der Bremskolbenanordnung gemäß der ersten Ausführungsform.
- 3 ist eine Schnittdarstellung der Dichtungsanordnung gemäß der ersten Ausführungsform.
- 4 ist eine Schnittdarstellung der Bremskolbenanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
- 5 ist eine Schnittdarstellung der Dichtungsanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform.
- 6 ist eine Schnittdarstellung der Bremskolbenanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform.
- 7 ist eine Schnittdarstellung der Dichtungsanordnung gemäß der dritten Ausführungsform.
- 8 ist eine Schnittdarstellung der Bremskolbenanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform.
- 9 ist eine Schnittdarstellung der Dichtungsanordnung gemäß der vierten Ausführungsform.
- 10 ist eine Schnittdarstellung der Bremskolbenanordnung gemäß einer fünften Ausführungsform.
- 11 ist eine Schnittdarstellung der Dichtungsanordnung gemäß der fünften Ausführungsform.
- 12 ist eine Schnittdarstellung der Bremskolbenanordnung gemäß einer sechsten Ausführungsform.
- 13 ist eine Schnittdarstellung der Dichtungsanordnung gemäß der sechsten Ausführungsform.
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1 ist eine schematische Schnittdarstellung einer Radbremsanordnung 1 in Form einer Scheibenbremsanordnung, die eine Bremskolbenanordnung 10 und eine Dichtungsanordnung 12 gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst. Einzelheiten der Dichtungsanordnung 12 sind in 1 nicht sichtbar, werden aber im Folgenden mit Bezug auf die 2 und 3 erläutert. 1 dient vielmehr der schematischen Darstellung einer Position der Dichtungsanordnung innerhalb der Radbremsanordnung 1.
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Die Radbremsanordnung 1 umfasst eine Bremsscheibe 8, die mit einem nicht abgebildeten Fahrzeugrad für eine gemeinsame Drehung um eine Drehachse R gekoppelt ist. Die Radbremsanordnung 1 umfasst auch einen Bremssattel 2, der ein Gehäuse 3 bildet, in dem ein Bremskolben 4 vorgesehen ist. Der Bremskolben 4 ist entlang einer Verschiebungsachse D verschiebbar. Im gezeigten Beispiel verläuft die Verschiebungsachse D parallel zur Drehachse R.
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Die Radbremsanordnung 1 umfasst auch ein Paar von Bremsbelägen 5, die auf gegenüberliegenden Seiten der Bremsscheibe 8 angeordnet sind und jeweils einen Bremsbelag 6 aus einem Reibmaterial aufweisen. Der Bremskolben 4 ist dazu eingerichtet, einen der Bremsbeläge 5 zu berühren und somit eine Kraft auf ihn auszuüben, um den Bremsbelag 5 in einen Kontakt mit der Bremsscheibe 8 zu drücken. Nach bekannten Schwimmsattelprinzipien kann so auch der andere Bremsbelag 5 in Kontakt mit der entsprechend benachbarten Oberfläche der Bremsscheibe 8 gezwungen werden.
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Der Bremskolben 4 ist in einem zylindrischen Hohlraum des Gehäuses 3 aufgenommen. Die Wände des genannten Hohlraums und die Außenfläche des Bremskolbens 4 begrenzen eine Hydraulikkammer 7, in der eine unter Druck stehende Bremsflüssigkeit aufgenommen werden kann. Um eine Bremswirkung zu erzielen, wird das Volumen der Bremsflüssigkeit und damit der Druck in der Hydraulikkammer 7 erhöht, wodurch der Bremsbelag 4 in die linke Richtung der 1 gedrückt wird. Um die Bremse zu deaktivieren, wird der Druck zumindest teilweise abgebaut. Die Dichtungsanordnung 12 stellt eine hydraulisch dichte Verbindung zwischen dem Bremskolben 4 und dem Gehäuse 3 her, so dass kein Hydraulikvolumen aus der Hydraulikkammer 8 über die Dichtungsanordnung 12 hinweg und/oder an ihr vorbei austreten kann.
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2 ist eine Detailansicht der Bremskolbenanordnung 10 aus 1. Im Einzelnen sind die oberen Hälften des Bremskolbens 4 und der Dichtungsanordnung 12 dargestellt. Nur ein Teil des Gehäuses 3 ist sichtbar. Lediglich zur Veranschaulichung ist in 2 (und in einigen der nachfolgenden Figuren) ein gestrichelter Umriss dargestellt, der nicht den tatsächlichen physischen Grenzen des Gehäuses 3 entspricht.
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Der Kolben 4 ist ein zylindrisches Element, das optional hohl ist und einen kreisförmigen Querschnitt hat. Seine äußere Umfangsfläche 14 bildet eine Mantelfläche oder einen Zylindermantel. Sie ist einer entsprechend geformten (d. h. zylindrischen) Innenfläche 16 der Hydraulikkammer 7 zugewandt und befindet sich in einem geringen radialen Abstand dazu. Anstatt die Innenfläche 16 der Hydraulikkammer 7 zu berühren, berührt der Kolben 4, genauer gesagt seine äußere Umfangsfläche 14, die Dichtungsanordnung 12.
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Die Dichtungsanordnung 12 ist in einem als Nut 13 ausgebildeten Aufnahmeabschnitt aufgenommen, wobei sich die Nut 13 konzentrisch um die Verschiebungsachse D erstreckt.
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Die Dichtungsanordnung 12 umfasst ein ringförmiges Dichtungselement 18 und ein ringförmiges Versteifungselement 22. Das Dichtungselement 18 weist eine radial innere Umfangsfläche 23 (siehe 3) auf, die vom Aufnahmeabschnitt 13 abgewandt ist und im Allgemeinen freiliegt, so dass sie vom Bremskolben 4 berührt werden kann. Dieser Kontakt stellt eine fluidisch dichte Verbindung zwischen der Dichtungsanordnung 12 und dem Bremskolben 4 sowie dem Gehäuse 3 her. Die innere Umfangsfläche 23 definiert einen ersten Abschnitt 21 des Dichtungselements 18.
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Das Dichtungselement 18 umfasst ein elastisches Material, z. B. einen synthetischen Kautschuk, oder ist vollständig aus diesem Material gefertigt. Es ist daher so gestaltet, dass es unter den Kräften, die bei einer normalen Bremsbetätigung auf dieses einwirken, elastisch verformbar ist. Dabei kann es sich insbesondere um Druckkräfte handeln, die dadurch entstehen, dass das Dichtungselement 18 gegen mindestens eine benachbarte Fläche des Aufnahmeabschnitts 13 gedrückt wird. So kann z. B. aufgrund von Reibungskräften zwischen dem Bremskolben 4 und dem Dichtungselement 18 Letzteres in Richtung der Verschiebung des Bremskolbens 4 gezogen werden, wodurch das Dichtungselement 18 gegen eine Innenfläche des Aufnahmeabschnitts 13 gedrückt wird.
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Infolgedessen kann das Dichtungselement 18 axial zusammengedrückt und/oder allgemein verformt werden. Dies kann dazu führen, dass der Grad der Ausfüllung des Aufnahmeabschnitts 13 durch das Dichtungselement 18 zumindest in axialer Richtung verringert wird (oder anders ausgedrückt, dass der Anteil des Volumens des Aufnahmeabschnitts 13, der von dem Dichtungselement 18 eingenommen wird, zumindest in axialer Richtung verringert wird).
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Zusätzlich oder alternativ kann sich durch die elastische Verformung des Dichtungselements 18 ein Anteil des freien Volumens des Aufnahmeabschnitts 13 (d. h. frei von dem Dichtungselement 18) vergrößern, der mit dem Rest der Hydraulikkammer 7 fluidisch verbunden ist. Simulationen haben gezeigt, dass dies das Gesamtvolumen der Hydraulikkammer 7 um mehrere Prozent erhöhen kann. Dadurch kann ein zusätzliches Bremsflüssigkeitsvolumen in die Hydraulikkammer 7 fließen, was mit den oben beschriebenen Nachteilen verbunden ist.
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Um das Ausmaß der zusätzlichen Aufnahme von Bremsflüssigkeit zu begrenzen, ist das Versteifungselement 22 an einem zweiten Abschnitt 24 des Dichtungselements 18 vorgesehen (siehe 3). Die besagte 3 ist eine vergrößerte Ansicht des in 2 sichtbaren Teils der Dichtungsanordnung 12. Dieser zweite Abschnitt 24 unterscheidet sich von dem ersten Abschnitt 21 des Dichtungselements 18.
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In der ersten Ausführungsform ist das Versteifungselement 22 ein plattenförmiges Ringelement (z. B. in Form einer Ringscheibe). Es ist an einer inneren axialen Fläche 26 des Dichtungselements 18 angeordnet. Die innere axiale Fläche kann an die Hydraulikkammer 7 angrenzen und/oder diese begrenzen, im Gegensatz zu einer gegenüberliegenden äußeren axialen Fläche 28 des Dichtungselements 18.
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Optional kann das Versteifungselement 22 mit Hilfe von Spikes 36, die in das Dichtungselement 18 eindringen, am Dichtungselement 18 befestigt sein.
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Aus 2 ist ersichtlich, dass das Dichtungselement 18 optional mit einem gewissen axialen und/oder radialen Spiel von z. B. nicht mehr als 1 mm in dem Aufnahmeabschnitt 13 aufgenommen werden kann. Wenn der Kolben 4 nach links verschoben wird, um die Bremse zu betätigen, wird das Dichtungselement 18 in Kontakt mit der (in 2) linken axialen Endfläche des Aufnahmeabschnitts 13 gedrückt. Dies führt zu axialen Druckkräften, die auf das Dichtungselement 18 wirken. Da jedoch eine der axialen Flächen 26 des Dichtungselements 18 durch das Versteifungselement 22 versteift wird, kann eine daraus resultierende axiale Verformung des Dichtungselements 18 begrenzt werden und die Druckkräfte können durch eine radiale Ausdehnung des Dichtungselements 18 weitgehend kompensiert werden. Dies begrenzt eine axiale Verkürzung und damit axiale Vergrößerung der Hydraulikkammer 7, wodurch die oben beschriebene zusätzliche Bremsflüssigkeitsaufnahme begrenzt wird.
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Die 4 und 5 sind ähnliche Ansichten wie die 2 und 3. Sie zeigen eine andere Ausführungsform, die der Ausführungsform in 2 ähnelt, abgesehen von der Position des Versteifungselements 22. Genauer gesagt ist bei der zweiten Ausführungsform der 4 und 5 das Versteifungselement 22 an der äußeren axialen Fläche 28 des Dichtungselements 18 angeordnet. Auch hierdurch kann die axiale Kompression des Dichtungselements 18 beim Verschieben des Bremskolbens 4 begrenzt werden, wobei das Dichtungselement 18 z. B. stattdessen in größerem Maße radial verformt wird. Das Versteifungselement 22 weist wiederum optional Spikes 36 auf, die axial in Richtung des Dichtungselements 18 und in dieses hinein ragen.
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Die 6 und 7 zeigen ähnliche Ansichten wie die 2 und 3 und die 4 und 5. Sie zeigen eine weitere Ausführungsform, die abgesehen von der Form des Versteifungselements 22 derjenigen der vorhergehenden Figuren gleicht. In der Ausführungsform der 6 und 7 hat das Versteifungselement 22 eine abgewinkelte Form. In den dargestellten Querschnittsansichten hat das Versteifungselement 22 einen axial verlaufenden Abschnitt 38 und einen radial verlaufenden Abschnitt 40, die ineinander übergehen. Der sich axial erstreckende Abschnitt 38 berührt eine äußere Umfangsfläche 42 des Dichtungselements 18. Ein Durchmesser des sich axial erstreckenden Abschnitts 38 kann kleiner sein als ein Durchmesser der äußeren Umfangsfläche 42, wenn das Dichtungselement 18 undeformiert ist. So kann der dargestellte montierte Zustand der Dichtungsanordnung 12 beinhalten, dass das Dichtungselement 18 in das Versteifungselement 22 kraftschlüssig eingepasst wird, um die Elemente 18, 22 aneinander zu befestigen.
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Durch den sich axial erstreckenden Abschnitt 38 wird die Versteifungswirkung des Versteifungselements 22 im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsformen erhöht. Beispielsweise kann das Dichtungselement 18 durch die nun behinderte radiale Ausdehnung bei axialen Druckkräften noch stärker axial nach rechts gedrückt werden (6), was eine Volumenvergrößerung der Hydraulikkammer 7 zu begrenzen hilft.
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Die 8 und 9 sind ähnliche Ansichten wie die 6 und 7 und zeigen eine ähnliche Ausführungsform. Der einzige Unterschied ist die Querschnittsform des Versteifungselements 22, die im Vergleich zu den 6 und 7 gespiegelt ist.
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Die 10 und 11 zeigen ähnliche Ansichten wie die 2 und 3 und die 4 und 5. In diesem Fall hat das Versteifungselement 22 einen C-förmigen Querschnitt, wobei die offene Seite der C-Form nach innen gerichtet ist, d. h. die C-Form nicht aufrecht steht. Dementsprechend liegt nur die innere Umfangsfläche 23 des Dichtungselements 18 zur Berührung mit einer entsprechend benachbarten Fläche (in diesem Fall des Bremskolbens 4) frei. Die übrigen Flächen des Dichtungselements 18 (d. h. seine inneren und äußeren axialen Flächen 26, 28 und die äußere Umfangsfläche 42) werden durch das Versteifungselement 22 abgedeckt. In diesem Fall können mögliche axiale Kontaktkräfte, die auf die Dichtungsanordnung 12 wirken, im Wesentlichen vollständig von dem Versteifungselement 22 aufgenommen werden. Folglich können insbesondere die axialen Abmessungen der Dichtungsanordnung 12 im Wesentlichen konstant sein. Dadurch kann eine zusätzliche Vergrößerung des Volumens der Hydraulikkammer 7, die andernfalls (d.h. ohne das Versteifungselement 22) durch eine elastische Verformung des Dichtungselements 18 verursacht werden könnte, im Wesentlichen eliminiert werden.
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Die 12 und 13 zeigen ähnliche Ansichten wie die 2 und 3, 4 und 5 sowie 10 und 11. In diesem Fall hat das Versteifungselement 22 eine ungleichmäßige Materialstärke, um einen flüssigkeitsdichtenden Kontakt zwischen dem Versteifungselement 22 und dem Aufnahmeabschnitt 13 herzustellen.
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Im gezeigten Beispiel weist das Versteifungselement 22 zwei radiale Abschnitte 25 auf, die sich von einem (radial äußeren) geschlossenen Bodenabschnitt 27 des Versteifungselements 22 in Richtung des Bremskolbens 4 erstrecken. Das Dichtungselement 12 ist in einem Raum aufgenommen, der von den radialen Abschnitten 25 und dem geschlossenen Bodenabschnitt 27 umgeben ist. Ein radiales inneres Ende der radialen Abschnitte 25, das dem Bremskolben 4 zugewandt ist, hat eine maximale Breite W (z. B. im Vergleich zu einem radial äußeren Ende der radialen Abschnitte). Die Breite W wird entlang der Verschiebungsachse D gemessen und entspricht der Materialstärke des Versteifungselements 22. Wie aus 13 ersichtlich, nimmt die Breite W (z. B. linear) vom geschlossenen Bodenabschnitt 27 in Richtung des Bremskolbens 4 zu.
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Diese zunehmende Breite W führt dazu, dass die Gesamtbreite W1 (zumindest im radial inneren Bereich) des Versteifungselements 22 größer ist als die entsprechende Breite W2 des Aufnahmeabschnitts 13. Dementsprechend kann das Versteifungselement 22 nur unter elastischer Verformung in den Aufnahmeabschnitt 13 eingeführt werden, wodurch ein flüssigkeitsdichter Kontakt zwischen dem Versteifungselement 22 und dem Aufnahmeabschnitt 13 entsteht. Ähnlich wie bei der vorherigen Ausführungsform ist auch hier ein flüssigkeitsdichtender Kontakt zwischen dem Dichtungselement 18 und dem Bremskolben 4 vorgesehen. Daher kann die Flüssigkeit nicht durch die Dichtungsanordnung 12 und aus der Hydraulikkammer 7 fließen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die oben beschriebene elastische Verformung des Versteifungselements 22 lediglich optional ist. Das Versteifungselement 22 kann auch ausreichend steif sein, um eine entsprechende Verformung während der Montage und des Betriebs zu verhindern. In diesem Fall können die keilförmigen und verbreiterten radialen Abschnitte 25 sowie die Breiten W, W1, W2 so gewählt werden, dass sie die Bildung eines festen, insbesondere flüssigkeitsdichten Formschlusses zwischen dem Versteifungselement 22 und dem Aufnahmeabschnitt 13 unterstützen.
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Liste der Bezugszeichen
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- 1
- Radbremsanordnung
- 2
- Bremssattel
- 3
- Gehäuse
- 4
- Bremskolben
- 5
- Bremsbelag
- 6
- Reibbelag
- 7
- Hydraulikkammer
- 8
- Bremsscheibe
- 10
- Bremskolbenanordnung
- 12
- Dichtungsanordnung
- 13
- Aufnahmeabschnitt / Nut
- 14
- Außenfläche des Bremskolbens
- 16
- Innenfläche des Hohlraums
- 18
- Dichtungselement
- 21
- erster Abschnitt
- 22
- Versteifungselement
- 23
- innere Umfangsfläche
- 24
- zweiter Abschnitt
- 25
- verbreiterter Abschnitt des Versteifungselements
- 26
- äußere axiale Fläche
- 27
- Bodenabschnitt des Versteifungselements
- 28
- innere axiale Fläche
- 36
- Spikes
- 38
- axial verlaufender Abschnitt
- 40
- radial verlaufender Abschnitt
- 42
- äußere Umfangsfläche
- D
- Verschiebungsachse
- R
- Rotationsachse
- W
- Breite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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