DE19533326A1 - Schwingungstilger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungstilger für eine innenbelüftete Bremsscheibe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Quietschgeräusche an Fahrzeugbremsen können durch verschiedene Maßnahmen vermindert werden. Eine Möglichkeit besteht im Einbringen von Dämpfungsmate­ rialien. Des weiteren kann das Bremssystem durch Zusatzmassen verstimmt wer­ den. Ein Spezialfall hiervon ist das Anbringen von Tilgermassen, die speziell auf Störfrequenzen abgestimmt sind und durch phasenverschobenes Schwingen diesen unerwünschten Schwingungen entgegenwirken. Anordnungen mit Tilger­ massen, die auf den Bremssattel wirken, sind beispielsweise aus der DE 37 36 126 C2 oder der DE 40 36 401 A1 bekannt.

Bei Bremsgeräuschen mit Frequenzen oberhalb von 1000 Hz ist überwiegend die Bremsscheibe selbst der Schallstrahler. Daher ist es besonders wirkungsvoll, den oder die Schwingungstilger direkt an der Bremsscheibe anzubringen. So ist aus der DE 38 11 222 A1 eine innenbelüftete Bremsscheibe bekannt, in deren Lüftungs­ kanälen zungenförmige Schwingungstilger angeordnet sind. Die Fußabschnitte der Schwingungstilger sind mit der Bremsscheibe verschraubt, während die Kopfabschnitte frei schwingen können und auf die Eigenfrequenzen der Brems­ scheibe abgestimmt sind. Es werden hierbei Zungen unterschiedlicher Länge ver­ wendet, um Quietschgeräusche verschiedener Frequenzen reduzieren zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es, den bekannten Schwingungstilger weiterzuent­ wickeln.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Kerngedanke ist es dabei, einen Schwingungstilger mit einer großen Materialstärke zu verwenden, wobei die Schwingfähigkeit durch einen Biegeabschnitt mit gerin­ gerer Materialstärke erreicht wird. Ein Schwingungstilger bildet ein Feder-Masse- System, wobei im vorliegenden Fall die Feder vom Biegeabschnitt und die schwingfähige Masse vom Kopfabschnitt gebildet wird. Die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers kann innerhalb weiter Grenzen durch die Masse des Kopfab­ schnitts und die veränderbare Federkonstante des Biegeabschnitts auf die einzel­ nen Störfrequenzen exakt abgestimmt werden. Wegen der relativ großen realisier­ baren Masse des Kopfabschnitts können auch Schwingungen mit einer Frequenz von wenigen Kilohertz wirkungsvoll bekämpft werden.

Mit dem "Balkentilger" nach Anspruch 2 liegt für den Schwingungstilger eine ein­ fache, der Gestalt der Kühlluftkanäle im wesentlichen entsprechende geometrische Form vor, bei gleichzeitig großer Eigenmasse.

Die Rinne gemäß Anspruch 3 bildet den im Querschnitt reduzierten Biegeabschnitt. Ist der Schwingungstilger, abgesehen von den Ausnehmungen, im Querschnitt insgesamt rechteckförmig, so ergibt sich für den Fußabschnitt eine breite Befesti­ gungsfläche. Der Schwingungstilger kann einstückig ausgeführt sein, beispiels­ weise als Guß- oder Schmiedeteil. Die Rinne kann im Formgebungsprozeß des Schwingungstilgers mit geformt oder auch durch nachträgliche Bearbeitung ein­ gebracht werden. Sind die Ausnehmungen am Biegeabschnitt beidseits symme­ trisch vorgesehen, ergeben sich für den Schwingungstilger symmetrische Schwing­ amplituden nach beiden Schwingrichtungen.

Durch die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 wird ein Verbindungssteg zwischen Fuß- und Kopfabschnitt geschaffen, mit Freigang nach beiden Schwingrichtungen. Die schrägen Begrenzungsflächen, die sich an den Verbin­ dungssteg anschließen, sorgen für einen möglichst gleichmäßigen Steifig­ keitsübergang, wodurch die Dauerbelastbarkeit des Schwingungstilgers verbessert wird.

Im Interesse einer möglichst tiefen erreichbaren Eigenfrequenz muß die Masse des Schwingungstilgers möglichst hoch liegen. Aus diesem Grund ist gemäß Anspruch 5 der Kopfabschnitt größer dimensioniert als der Fußabschnitt, dem lediglich die Befestigungsfunktion zukommt.

Die längliche Form des Schwingungstilgers gemäß Anspruch 6 entspricht der Form der Kühlluftkanäle, in die der Schwingungstilger einzusetzen ist. Hierdurch kann die volle Länge des Kühlluftkanals ausgenutzt werden, um eine hohe Eigenmasse des Kopfabschnitts des Schwingungstilgers zu erreichen.

Die Keilform des Schwingungstilgers nach Anspruch 7 verbessert die Raumaus­ nutzung innerhalb des Kühlluftkanals weiter.

Ein Schwingungstilger ist allgemein so anzubringen, daß die Schwingrichtung der Tilgermasse möglichst parallel zur Schwingung des zu betilgenden Objektes ver­ läuft. In Versuchen wurde ermittelt, daß die Hauptschwingrichtung der Reibringe innenbelüfteter Bremsscheiben senkrecht zur Ebene der Reibringe verläuft. Aus diesem Grund beschreibt Anspruch 8 die Anbringung des Fußabschnittes des Schwingungstilgers an einem der Stege, die die beiden Reibringe der Brems­ scheibe verbinden und die Kühlluftkanäle in Umfangsrichtung begrenzen. Hier­ durch kann die Tilgermasse gegenphasig zur Bremsscheibe schwingen. Die An­ bringung kann durch Verkleben, Verlöten, unter Umständen auch durch eine Steckverbindung erfolgen (wie an sich aus der US 3,425, 523 bekannt).

Die besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 9 hat zwei wesentliche Vorteile: Zum einen kann radial außenliegend entsprechend der Ver­ breiterung der Kühlluftkanäle eine höhere Tilgermasse eingebracht werden, so daß die erreichbare Eigenfrequenz des Schwingungstilgers insgesamt in Richtung niedrigerer Frequenzbereiche verschoben wird. Andererseits wird durch die spe­ zielle Keilform des Kopfabschnitts der Nachteil der prinzipiell sehr schmalbandigen Wirkung eines Balkentilgers vermieden. Da über die Länge des Kopfabschnittes die Höhe und damit auch der Massenanteil pro Längenabschnitt zunimmt, wirkt der Schwingungstilger über einen breiteren Frequenzbereich, allerdings mit naturge­ mäß etwas geringerer Amplitudenhöhe. Gegenüber herkömmlichen Balkentilgern gleichbleibenden Querschnitts, die eine sehr spitze Frequenzcharakteristik aufwei­ sen, deckt der breitere Eigenfrequenzbereich des erfindungsgemäßen keilförmigen Schwingungstilgers auch die Herstellungstoleranzen der Bremsenbauteile ab. Ver­ schiebungen der Quietschfrequenzen der Bremsscheibe infolge von Verschleiß fallen ebenfalls leichter in den breiteren Eigenfrequenzbereich des erfindungsge­ mäßen Schwingungstilgers.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den Kühlluftkanal einer Bremsscheibe mit einem eingesetzten erfin­ dungsgemäßen Schwingungstilger und

Fig. 2 eine Schnittdarstellung entsprechend der Linie II-II in Fig. 1.

Der in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnete Schwingungstilger ist in einen Kühlluft­ kanal 2 einer Bremsscheibe 3 eingesetzt. Der Kühlluftkanal 2 wird in Axialrichtung von den beiden Reibringen 4 der Bremsscheibe und in Umfangsrichtung (Pfeil 5) von Stegen 6 begrenzt. An einem der Stege 6 ist der Schwingungstilger 1 mit seinem Fußabschnitt 7 befestigt. Der Fußabschnitt 7 geht über erste Schräg­ flächen 8 in einen Verbindungssteg 9 über. Der Verbindungssteg 9 erweitert sich über zweite Schrägflächen 10 hin zum Kopfabschnitt 11.

Der Schwingungstilger 1 hat insgesamt einen rechteckförmigen Querschnitt, der von im Querschnitt trapezförmigen Aussparungen 14 unterbrochen wird. Die Aus­ sparungen 14 bilden mit dem Verbindungssteg 9 einen Biegeabschnitt geringer Materialstärke.

Die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers 1 wir durch die Masse des Kopfab­ schnitts 11 und die Gestaltung des Verbindungssteges 9 bestimmt. Der Kopfab­ schnitt 11 des Schwingungstilgers 1 schwingt bei Anregung in seinem Eigen­ frequenzbereich gegenphasig zur Bremsscheibe 3, was in Fig. 1 durch den Doppelpfeil 13 dargestellt ist. Die Pfeile 12 geben die Hauptschwingrichtung der Bremsscheibe 3 an.

Fig. 2 verdeutlicht die über der Länge l des Schwingungstilgers zunehmende Höhe h des Kopfabschnittes 11. Mit dieser keilförmigen Ausbildung wird eine möglichst optimale Ausnutzung des innerhalb des Kühlluftkanals 2 zur Verfügung stehenden Raumes erreicht. Außerdem erfaßt der erfindungsgemäße Schwin­ gungstilger 1 durch seine Keilform die geringfügig voneinander abweichenden Störfrequenzen von in Serienfertigung hergestellten Bremsscheiben 3, sowohl im Neuzustand als auch an der Verschleißgrenze, da durch die Keilform ein relativ breiter Eigenfrequenzbereich des Schwingungstilgers 1 erreicht wird.

Abweichend von der Darstellung in Fig. 1 kann der Kopfabschnitt 11 des Schwin­ gungstilgers 1 an seinem oberen Endabschnitt angeschrägt sein, um auch bei maximaler Schwingamplitude ein Anschlagen des Kopfabschnitts 11 an der Innen­ seite der Reibringe 4 zu vermeiden. Hierdurch kann der Kopfabschnitt 11 insge­ samt breiter dimensioniert werden.

Der erfindungsgemäße Schwingungstilger zeichnet sich durch seinen einfachen Aufbau und seine universelle Verwendbarkeit aus. Er kann in idealer Weise bei Beanstandung durch den Kunden im Einzelfall nachgerüstet werden. Bei Auftreten von Quietschgeräuschen an der Bremsanlage können die Kosten zur Behebung von Reklamationen beträchtlich gesenkt werden, da ein Austausch von Teilen der Bremsanlage nicht mehr erforderlich ist. Da für verschiedene Störfrequenzen unterschiedliche Schwingungstilger bereitgestellt werden können, kann jede Stör­ frequenz gezielt bekämpft werden. Je nach Kühlkanalgröße sind hierbei unter­ schiedliche Frequenzbereiche möglich. Beispielsweise können bei einer 10°-Steg­ teilung der vorderen Bremsscheiben eines Personenkraftwagens der gehobenen Mittelklasse mit dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger Frequenzen bis hinab zu ca. 3,5 kHz bekämpft werden. Die entsprechend kleiner dimensionierten hinte­ ren Bremsscheiben ermöglichen den Einsatz von Schwingungstilgern mit einer Eigenfrequenz von ca. 10 kHz.

Da das Verhältnis von Tilgermasse zu betilgender Masse ca. 1 : 10 betragen soll, sind am Umfang der Bremsscheibe verteilt mehrere Schwingungstilger anzubrin­ gen. Die Eigenschwingformen der Bremsscheibe sind in der Regel gerader Ord­ nung, so daß eine ungerade Anzahl von Schwingungstilgern zu bevorzugen ist. Die Schwingungstilger sind ungleichmäßig am Umfang der Bremsscheibe anzuordnen, da durch diese asymmetrische Verteilung aufgrund der symmetrischen Lage der Schwingungsknoten sichergestellt ist, daß in jedem Fall einzelne Schwingungstilger angeregt werden und somit eine wirkungsvolle Tilgung erreicht wird. Die erfindungsgemäßen Schwingungstilger eignen sich für alle innenbelüfteten Bremsscheiben mit radialen Stegen zur Unterteilung der Kühlluftkanäle.

Claims (10)

1. Schwingungstilger für eine innenbelüftete Bremsscheibe, mit

• - einem Fußabschnitt zur Befestigung des Schwingungstilgers an der Innenseite eines Kühlluftkanals der Bremsscheibe und
• - einem schwingfähigen Kopfabschnitt,

dadurch gekennzeichnet, daß Kopfabschnitt (11) und Fußabschnitt (7) über einen Biegeabschnitt geringer Materialstärke (Verbindungssteg 9) miteinan­ der verbunden sind.

2. Schwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfabschnitt (11) im wesentlichen qua­ derförmig ist.

3. Schwingungstilger nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Fuß- und Kopfabschnitt (7 bzw. 11) wenigstens eine rinnenförmige Ausnehmung (14) vorgesehen ist.

4. Schwingungstilger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (14) im Querschnitt etwa tra­ pezförmig ist.

5. Schwingungstilger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegeabschnitt (Verbindungssteg (9)) näher am Fuß- als am Kopfabschnitt (7 bzw. 11) des Schwingungstilgers (1) verläuft.

6. Schwingungstilger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungstilger (1) eine längliche Form aufweist und die Ausnehmung (14) in Längsrichtung des Schwingungstilgers (1) verläuft.

7. Schwingungstilger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungstilger (1) in Längsrichtung eine zunehmende Querschnittsfläche aufweist.

8. Schwingungstilger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußabschnitt (7) an einem Steg (6), der die Kühlluftkanäle (2) der Bremsscheibe (3) in Umfangsrichtung (5) voneinander trennt, anbringbar ist, wobei der Biegeabschnitt in radialer Richtung (15) der Bremsscheibe (3) verläuft.

9. Schwingungstilger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfabschnitt (11) in Längsrichtung des Schwingungstilgers (1) eine zunehmende Höhe (h) aufweist.