DE19736275C2 - Vorrichtung zur Schwingungsreduktion an einer Bremse - Google Patents
Vorrichtung zur Schwingungsreduktion an einer BremseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Bremse, insbesondere für Kraft
fahrzeuge, bei deren Betätigung häufig störende Bremsgeräu
sche auftreten, die sich insbesondere in Form von unangeneh
mem Quietschen oder anderen niederfrequenten Geräuschen äu
ßern. Hervorgerufen werden die Bremsgeräusche von Schwingun
gen der einzelnen Bremsenbauteile, die aufgrund von Reib
kraftschwankungen zwischen Bremsbelag und zugehörigem Reib
körper angeregt werden.
Bisher sind zahlreiche in der Regel passive Geräuschbekämp
fungsmaßnahmen vorgeschlagen worden, die das Problem der
Bremsgeräusche beheben sollen. So ist es beispielsweise aus
der DE 41 20 631 A1 bekannt, an der Belagrückenplatte eine
dämpfende Schicht anzubringen, beispielsweise ein Dämpfungs
blech. Weiterhin ist u. a. in der DE 39 18 369 A1 eine Schal
benbremse offenbart, bei der schwingungsverändernde Zusatz
massen angebracht sind, die das Schwingungsverhalten der
Bremse insbesondere bei Resonanzfrequenz beeinflussen. Diese
Lösungsvorschläge haben den Nachteil einer teilweise nicht
unerheblichen Anhebung der Gesamtmasse der Bremse und gehen
damit gerade nicht einher mit der Entwicklung der Reduzie
rung von ungefederten Massen am Kraftfahrzeug. Darüber hin
aus werden derartige Maßnahmen häufig nach dem Trial-and-
Error-Prinzip erprobt und erhöhen damit drastisch den Ent
wicklungsaufwand.
Aus den beiden Europäischen Patentanmeldungen EP 0 744 558
A1 und EP 0 748 947 A1 sind ferner Vorrichtungen zur Schwin
gungsdämpfung an einer Scheibenbremse bekannt, wobei die
Bremsklötze über eine Steuerungseinheit gezielt in Schwin
gung versetzt werden, um die Gesamtschwingung der Bremse
infolge selbsterregter Schwingungsanregung während des
Bremsvorganges herabzusetzen. Dazu wird über einen Schwin
gungssensor der Schwingungszustand der Bremsklötze ermittelt
und nach Auswertung durch die Steuerungseinheit eine geziel
te Schwingungsanregung zur Absenkung der Gesamtamplituden an
den Bremsklötzen veranlaßt. Die gezeigten Systeme besitzen
einen recht komplizierten Aufbau und arbeiten insbesondere
mit piezoelektrischen Elementen zur Schwingungssensierung
bzw. Schwingungsanregung, wobei diese eine hohe Bordnetz
spannung erfordern und zudem funktionale Beschränkungen auf
weisen.
Schließlich beschreibt die DE 196 01 111 A1 eine Teilbelag
scheibenbremse, die über ein aus Schwingungsgenerator und
Schwingungssensoren bestehendes System zur gezielten Schwin
gungsanregung der Bremse und/oder angrenzender Achsbauteile
verfügt. Die gezielte Schwingungsanregung eines oder mehre
rer Brems- und/oder Achsbauteile ist dabei derart abge
stimmt, daß in Überlagerung mit der erzwungenen Schwingung
durch den Bremsbelageingriff während des Bremsvorganges ein
Gesamtschwingungszustand erreicht werden soll, bei dem gera
de keine Bremsgeräusche auftreten. Ein solches System er
weist sich insofern als nachteilg, da in der Regel mehrere
Schwingungssensoren erforderlich sind, um den Schwingungs
zustand der für die unerwünschten Bremsgeräusche relevanten
Bremsenbauteile zu beeinflussen.
Ausgehend davon besteht die Aufgabe der Erfindung darin,
eine Vorrichtung zur aktiven Schwingungsreduktion durch ge
zielte Schwingungsanregung anzugeben, die hinsichtlich des
Aufbaus deutlich vereinfacht ist und zusätzlich funktionale
Vorteile bietet.
Erfüllt wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des
Patentanspruchs 1. Danach besitzt die Vorrichtung zur
Schwingungsreduktion an einer hydraulisch betätigbaren B
remse, vorzugsweise einer Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge,
zumindest einen zur Aufnahme des selbsterregten Schwingungs
zustandes an der Bremse angeordneten Schwingungssensor, zu
mindest einen Schwingungsaktuator, der eine gezielte Schwin
gungsanregung der Bremse ermöglicht sowie eine insbesondere
elektronische Steuerungs- bzw. Regelungseinheit, mit der die
gezielte Schwingungsanregung der Bremse geregelt wird. Dabei
erfolgt die Schwingungsanregung über den Schwingungsaktuator
unmittelbar im Druckraum der hydraulischen Betätigungsein
richtung der Bremse. Dieser Druckraum wird üblicherweise von
einem Bremszylinder sowie einem darin verschiebbar angeord
neten Kolben gebildet und ist mit Hydraulikflüssigkeit be
füllt. Die Übertragung der gezielten Schwingungsanregung in
den hydraulischen Druckraum wirkt sich vorteilhafterweise
nicht nur allein auf die Bremsklötze aus, sondern vielmehr
auf die gesamten Systemkomponenten der Bremse. Dies trägt in
gewünschter Weise der Tatsache Rechnung, daß die durch den
Bremsvorgang entstehende selbsterregte Schwingung ebenso auf
die gesamte Bremse bzw. auf angrenzende Fahrwerksbauteile
übertragen wird.
In einer vorteilhaften Variante steht der Schwingungsaktua
tor unmittelbar mit einer an den Druckraum angrenzenden Mem
bran in Kontakt und kann somit durch Auslenkung der Membran
den hydraulischen Druck im Bremszylinder beeinflussen. Idea
lerweise enthält dabei der Schwingungsaktuator magnetostrik
tives Material, wodurch ein Anschlug der gesamten Vorrich
tung an das normale Bordnetz eines Kraftfahrzeuges ermög
licht wird und zudem bei gleicher Leistungsaufnahme für den
magnetostriktiven Aktuator im Vergleich zu piezoelektrischen
Aktuatoren größere Hübe während der Schwingungsanregung er
reichbar sind.
Der Einsatz einer beschriebenen Vorrichtung zur Schwingungs
reduktion erweist sich als besonders günstig innerhalb einer
hydraulischen Betätigungseinrichtung einer Kraftfahrzeug
bremse mit einem Bremszylinder sowie einem darin verschieb
bar gelagerten Bremskolben. In vorteilhaften Ausführungs
varianten nach den Ansprüchen 5 und 6 ist der Aktuator ent
weder innerhalb des Bremskolbens angeordnet oder aber am
bzw. im Gehäuse des Bremszylinders. Damit ist der Aktuator
angrenzend an den hydraulischen Druckraum positioniert und
kann direkt auf die im Druckraum befindliche Hydraulikflüs
sigkeit einwirken.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich
nung dargestellt und im folgenden näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Kraftfahrzeugbremse
mit Vorrichtung zur aktiven Schwingungsreduktion
durch gezielte Schwingungsanregung.
Die in Fig. 1 abgebildete Prinzipdarstellung verdeutlicht
den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Schwin
gungsreduktion am Beispiel einer Scheibenbremse für Kraft
fahrzeuge. Dabei besitzt die Scheibenbremse 1, die den Rand
einer Bremsscheibe 2 sowie beiderseits dazu angeordnete
Bremsklötze 3 umgreift, zumindest eine hydraulische Betäti
gungseinrichtung 4, die innerhalb des Bremsgehäuses 5 zu
einer Seite der Bremsscheibe 2 angeordnet ist. Die hydrau
lische Betätigungseinrichtung 4 besteht im wesentlichen aus
einem im Bremsgehäuse 5 vorgesehenen Bremszylinder 6 sowie
einem axial darin verschiebbar angeordneten Bremskolben 7.
Über eine hydraulische Versorgungsleitung 8 ist die hydrau
lische Betätigungseinrichtung 4 mit dem Druck einer Hydrau
likflüssigkeit beaufschlagbar. Bei Druckbeaufschlagung in
folge Bremsbetätigung wird der Bremskolben 7 aus dem Brems
zylinder 6 herausgeschoben (in Fig. 1 nach unten), wodurch
der am aus dem Bremszylinder 6 herausragenden Ende des
Bremskolbens 7 anliegende Bremsklotz 3 an die in Hauptdreh
richtung 9 rotierende Bremsscheibe 2 angedrückt wird. Auf
grund von Reibkraftschwankungen zwischen dem Reibbelag 10
und der Bremsscheibe 2 wird zunächst der Bremsklotz 3 und
durch Schwingungsübertragung schließlich die gesamte Schei
benbremse 1 in eine selbsterregte Schwingung versetzt, die
häufig zu unerwünschten Bremsgeräuschen führen kann. Zur
Unterdrückung derartiger selbsterregter Schwingungen bzw.
zur Reduktion der selbsterregten Schwingungsamplituden be
sitzt die Scheibenbremse 1 eine Vorrichtung zur aktiven
Schwingungsreduktion mittels gezielter Schwingungsanregung.
Dabei besteht die Vorrichtung zur Schwingungsreduktion im
wesentlichen aus einem Schwingungssensor 11, einem Schwin
gungsaktuator 12 sowie einer mit beiden verbundenen elektro
nischen Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 13, die die ge
zielte Schwingungsanregung der Bremse regelt. Im einzelnen
wird über den Schwingungssensor 11 der Schwingungszustand
der Bremse infolge selbsterregter Schwingungen während des
Bremsvorganges erfaßt und diese Information über den aktuel
len Schwingungszustand der kombinierten Steuerungs- bzw.
Regelungseinheit 13 zugeleitet. Dabei muß der Schwingungs
sensor 11 nicht unbedingt am Bremsgehäuse angeordnet sein,
sondern kann auch an jedem anderen geeigneten Ort angebracht
werden, beispielsweise auch an einem der Bremsenbauteile
(z. B. Bremskolben, Bremsklotz). Aus den Informationen über
den aktuellen Schwingungszustand der Bremse wird innerhalb
der Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 13, die zumindest eine
Regelelektronik und einen zur Ansteuerung des Aktuators be
nötigten Leistungsverstärker enthält, ein gezieltes und ge
eignetes Steuersignal generiert, das über eine Ansteuerlei
tung 14 dem Aktuator 12 übermittelt wird. Dieses Steuersi
gnal veranlaßt beispielsweise eine zur selbsterregten
Schwingung gegenphasige Anregung durch den Aktuator 12. In
nerhalb der Ausführung nach Fig. 1 ist der Aktuator 12 im
Inneren eines hohlzylinderförmigen, geschlossenen Bremskol
bens 7 untergebracht. Im Gegensatz zu piezoelektrischen Ak
tuatoren besitzt der vorliegende Aktuator eine Erreger
spule 15 mit einem magnetostriktiven Aktuatorkern 16. Dabei
liegt der Aktuatorkern 16 mit einem ersten Ende 17 an einer
Kolbenwand 19 an und stützt sich an dieser in Axialrichtung
ab. Das gegenüberliegende Aktuatorende 18 wirkt auf den Kol
benboden 20 ein und vermag diesen bei Ansteuerung des Aktua
tors 12 in Schwingung zu versetzen. Damit beeinflußt der
Aktuator 12 über den Kolbenboden 20 unmittelbar den im
Druckraum 21 anstehenden hydraulischen Druck. Der Druckraum
21 wird einerseits durch die Bremszylinderwandfläche 22 und
andererseits durch den Kolbenboden 20 begrenzt. Die Schwin
gungsübertragung, ausgehend vom Aktuator über den Kolbenbo
den 20 in den Druckraum 21, gestattet eine schwingungstech
nische Anregung nicht allein eines einzigen Bremsenbautei
les, sondern vielmehr der gesamten Scheibenbremse 1. Zur
Verbesserung der Schwingungsanregung infolge axialer Aus
lenkung des Kolbenbodens 20 ist dieser mit zumindest einer
Ausnehmung 23 versehen, die vorzugsweise als Ringnut ausge
bildet ist und eine Erhöhung der Flexibilität des Kolbenbo
dens 20 bewirkt. Bei Schwingungsanregung arbeitet der Kol
benboden 20 mit Ausnehmung 23 ähnlich einer schwingungstech
nischen Membrane.
Vorzugsweise arbeitet der Schwingungsaktuator 12 magneto
striktiv, was den Antrieb des Aktuators mit einer üblichen
Bordnetzspannung ermöglicht und eine zusätzliche Hochvolt-
Spannungsquelle überflüssig macht. Darüber hinaus gestattet
der magnetostriktive Schwingungsaktuator 12 eine sehr kom
pakte Bauweise und ist gegenüber bekannten beispielsweise
piezoelektrischen Aktuatoren mechanisch wie auch elektrisch
erheblich weniger fehleranfällig. Zusätzlich sind mit einem
magnetostriktiven Schwingungsaktuator 12 gegenüber einem
piezoelektrischen die erforderlichen Hübe zur Schwingungs
anregung bei höheren Frequenzen mit einem geringeren Lei
stungsbedarf erreichbar.
Analog zur Anordnung des Schwingungsaktuators 12 innerhalb
des Bremskolbens 7 ist auch eine Positionierung des Aktua
tors am bzw. im Bremsgehäuse 5 möglich. Beispielsweise läßt
sich der Schwingungsaktuator 12 auch an der Bremszylinderbo
denfläche anbringen und kann damit ebenfalls unmittelbar auf
den Druck im Bremszylinderinnenraum einwirken.
Claims (6)
1. Vorrichtung zur Schwingungsreduktion an einer hydrau
lisch betätigbaren Bremse, vorzugsweise einer Scheiben
bremse (1) für Kraftfahrzeuge, mit zumindest einem an
der Bremse angeordneten Schwingungssensor (11), mit ei
ner vorzugsweise elektronischen Steuerungs- bzw. Rege
lungseinheit (13) und mit zumindest einem Schwingungs
aktuator (12), der eine gezielte Schwingungsanregung der
Bremse ermöglicht, wobei die Bremse wenigstens eine hy
draulische Betätigungseinrichtung aufweist, mittels de
rer zumindest ein Bremsbelag (3) gegen einen zugehörigen
Reibkörper andrückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schwingungsaktuator (12) angrenzend an einen Druck
raum (21) der hydraulischen Betätigungseinrichtung an
geordnet ist und die Schwingungsanregung direkt in den
mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Druckraum (21) er
folgt.
2. Vorrichtung zur Schwingungsreduktion nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulischen Druck im
Druckraum (21) der Betätigungseinrichtung durch eine
mittels des Schwingungsaktuators (12) erfolgte Auslen
kung einer an den Druckraum (21) angrenzenden Membran
(20) beeinflußbar ist.
3. Vorrichtung zur Schwingungsreduktion nach einem der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu
mindest der Schwingungsaktuator (12) magnetostriktives
Material enthält.
4. Vorrichtung zur Schwingungsreduktion nach einem der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
hydraulische Betätigungseinrichtung einen Bremszylinder
(6) sowie einen darin verschiebbar gelagerten Bremskol
ben (7) aufweist.
5. Vorrichtung zur Schwingungsreduktion nach An
spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungs
aktuator (12) im Bremskolben (7) angeordnet ist.
6. Vorrichtung zur Schwingungsreduktion nach An
spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungs
aktuator (12) am Bremsgehäuse (5) des Bremszylinders (6)
angeordnet ist.
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