DE19954309C2 - Fahrzeugbremse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugbremse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Fahrzeugbremse ist aus der Druckschrift DE 196 23 867 A1 bekannt. Die in dieser Druckschrift offenbarte Fahr­ zeugbremse ist eine Scheibenbremse, deren Bremsscheibe in Bremsstellung von einem Bremsbelag beaufschlagt wird, welcher über einen Bremskolben senkrecht zur Scheibenebene der Brems­ scheibe an die Außenfläche der Bremsscheibe gedrückt wird. Um zu verhindern, dass im Leerlauf der Bremse unerwünscht große Reibungsverluste durch einen an der Bremsscheibe anliegenden und schleifenden Bremsbelag auftreten, ist ein Lüft- bzw. Leer­ laufspiel zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe bei Nicht- Betätigung der Fahrzeugbremse vorgesehen. Bei Betätigung der Bremse wird das Lüftspiel überwunden, der Bremsbelag kommt in Anlage an die Bremsscheibe und wird durch die Bremskraft in Um­ fangsrichtung der Scheibe soweit verschoben, bis der Bremsbelag in Umfangsrichtung an einer Abstützeinrichtung zur Anlage kommt.

Bei derartigen Scheibenbremsen kann das Problem auftreten, dass als Folge einer unebenen oder schief stehenden Bremsscheibe ei­ ne in Achsrichtung des Bremskolbens zu- und abnehmende Normal­ kraft auf den Bremsbelag wirkt, falls der Bremsbelag oder der den Bremsbelag aufnehmende Bremsbelaghalter reibungsbehaftet an der Abstützeinrichtung anliegt. Der schwankenden Normalkraft steht ein im wesentlicher konstanter, vom Bremskolben erzeugter Bremsdruck entgegen, wodurch sich eine resultierende Kraft einstellt, die einen zeitlich ansteigenden und abfallenden Verlauf einnimmt. Diese auf Reibung zurückzuführenden Kraftschwankungen können Bremsen- und Fahrwerkschwingungen auslösen, die unter den Begriffen Bremsenrubbeln und Bremsenquietschen bekannt sind. Es handelt sich hierbei um zwangserregte bzw. selbster­ regte Schwingungen, die vom Fahrer negativ empfunden werden können und die Fahrsicherheit beeinträchtigen können.

Zur Reduzierung unerwünschter Schwingungen ist gemäß der DE 196 23 867 A1 am Bremsbelaghalter ein Koppelelement angeordnet, welches zwar mit dem Bremsbelaghalter verbunden ist, jedoch ge­ genüber diesem eine Kippbewegung ausführen kann und den Brems­ belaghalter in Umfangsrichtung an der Abstützeinrichtung ab­ stützt. Das Koppelelement ist hierbei in einer Ausnehmung des Bremsbelaghalters aufgenommen und über einen federbelasteten Niet mit dem Bremsbelaghalter verbunden. Die Kontur des Koppel­ elements ist in der Weise ausgebildet, dass eine reibungsredu­ zierte Bewegung des Bremsbelags zur Scheibe hin ermöglicht wird, indem bei einer Andrückbewegung des Bremsbelags an die Bremsscheibe das Koppelelement um einen Momentanpol kippt.

Wenn jedoch auf Grund einer Schiefstellung oder einer Uneben­ heit der Bremsscheibe der Bremsbelag entgegen der Andrückbewe­ gung zurück geschoben wird, wird das Koppelelement wieder in seine Ausgangsstellung überführt, in der das Koppelelement formschlüssig in der Ausnehmung im Bremsbelaghalter sitzt; Bremsbelaghalter und Koppelelement bilden in Bezug auf eine Be­ wegung entgegen der Andrückrichtung ein versteiftes Bauteil, wobei zwischen dem Koppelelement und der Abstützeinrichtung bei der rückwärts gerichteten Bewegung des Koppelelements eine Reibkraft wirkt, welche die vorbeschriebenen, unerwünschten Schwingungen auslösen kann. Das Koppelelement weist für die An­ drückbewegung des Bremsbelags und die der Andrückbewegung ent­ gegengerichtete Bewegung unterschiedlich hohe Steifigkeiten auf.

Aus der Druckschrift DE 44 17 783 A1 ist eine Zuspannvorrich­ tung für eine Scheibenbremse bekannt, die einen Bremsbelag­ schacht zur Aufnahme eines von der Zuspannvorrichtung ver­ schiebbaren Bremsbelags aufweist. Der Bremsbelag ist mit seinen beiden Seitenkanten an Führungsflächen des Schachtes verschieb­ bar geführt und stützt sich beim Bremsen an der jeweils aus­ laufseitigen Führungsfläche ab. Um einen hohen Bremswirkungs­ grad zu erzielen, wird die jeweilige Führungsfläche des Brems­ belagschachts durch eine Platte gebildet, die gegenüber der Wandfläche in Zuspannrichtung über eine vorbestimmte Strecke verschiebbar gelagert ist.

Mit der in der DE 44 17 783 A1 offenbarten Vorrichtung ist es zwar möglich, unerwünschte Reibungskräfte in Umfangsrichtung der Bremsscheibe zu reduzieren. Eine in dieser Weise funktio­ nierende Vorrichtung setzt jedoch voraus, dass die Platte gleit- oder rollverschiebbar gelagert ist und diese Verschieb­ barkeit auch über eine lange Betriebsdauer aufrechterhalten werden kann. Die Platte bildet ein zusätzliches Bauteil, dessen Gleitbeweglichkeit durch Verschleiß beeinträchtigt werden kann.

Aus der DE 42 10 729 A1 ist eine Einrichtung zum Dämpfen von Belagschwingungen an Bremsen bekannt, die einen von einem Bremskolben betätigten Bremsbelag umfasst, welcher mit einem im Bremskolben angeordneten Dämpferelement verbunden ist. Das Dämpferelement wird in einem Dämpfungsmedium eingetaucht schwenkbeweglich zum Bremsbelag gehalten.

Diese Vorrichtung hat zum einen den Nachteil, dass die Ursache der Schwingungen nicht bekämpft wird, sondern diese lediglich gedämpft werden. Außerdem umfasst die Dämpfungseinrichtung eine Mehrzahl verhältnismäßig kompliziert aufgebauter Bauteile. Schließlich ist eine Schwingungsdämpfung üblicherweise nur über einen relativ kleinen Frequenzbereich der entstehenden Schwingungen zu erreichen, da andernfalls der Aufwand für das einzu­ setzende Dämpfungselement sehr stark ansteigt. Schwingungen au­ ßerhalb dieses Frequenzbereiches werden nicht oder nur ungenü­ gend gedämpft.

Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, Bremsschwingungen weitestgehend zu reduzieren.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß nach den Merkmalen des An­ spruches 1 gelöst.

Gemäß der Neuerung ist vorgesehen, dass in Bremsstellung der Fahrzeugbremse das Koppelelement sowohl in Andrückrichtung als auch entgegen der Andrückrichtung eine kompensierende Bewegung ausführt, die dazu führt, dass der Bremsbelag zumindest annä­ hernd kräftefrei in Richtung der Bremskolben-Längsachse ver­ stellt werden kann. Reibungskräfte, die in Andrückrichtung auf den Bremsbelag, den Bremskolben bzw. ein mit dem Bremsbelag o­ der dem Bremskolben zusammenhängendes Bauteil wirken, werden durch die kompensierende Bewegung des Koppelelements auf ein Minimum reduziert bzw. vollständig eliminiert, so dass die Ge­ fahr von Bremsenrubbeln oder Bremsenquietschen deutlich herab­ gesetzt ist. In Bremsstellung kann der Bremsbelag eine in Achs­ richtung des Bremskolbens wirkende, durch die Bremsscheibe in­ duzierte Bewegung im wesentlichen reibungsfrei ausführen, so dass das auf den Bremsbelag wirkende, resultierende Kraftniveau konstant bleibt. Die Herabsetzung bzw. Eliminierung der Reib­ kraft wird hierbei bevorzugt durch die Nachgiebigkeit des Kop­ pelelements in Achsrichtung des Bremskolbens erreicht, wobei ü­ ber das Koppelelement in Umfangsrichtung wirkende Bremskräfte auf die Abstützeinrichtung übertragen werden und das Koppelele­ ment an der Abstützeinrichtung keine oder nur eine minimale Be­ wegung ausführt, so dass keine Reibungskräfte zu überwinden sind.

Das Koppelelement bildet mit dem Bremsbelaghalter, welcher zwi­ schen dem Bremskolben und dem Bremsbelag angeordnet ist, ein einteiliges Bauteil. Das Koppelelement liegt vorzugsweise in einer Längsmittelebene des Bremsbelaghalters, um in beide Achs­ richtungen des Bremskolbens eine Kompensationsbewegung des Bremsbelags senkrecht zur Scheibenebene bzw. in Richtung der Kolbenlängsachse im Falle von Unregelmäßigkeiten bei der Schei­ benbewegung hinderungsfrei zu ermöglichen.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist im Übertragungsweg zwi­ schen Bremskolben und Bremsbelag ein Verbindungselement ange­ ordnet, das eine Verschwenkung des Bremsbelags um eine Achse senkrecht zur Andrückrichtung erlaubt. Das Verbindungselement kann dabei als Lager ausgebildet sein, das insbesondere am Bremsbelaghalter angeordnet ist. Das Lager, zweckmäßig ein Kipphebel, kann in Bremsstellung der Fahrzeugbremse um seine Kippachse verschwenken und somit durch die Bremsscheibe indu­ zierte kleinere translatorische Bewegungen in Achsrichtung des Bremskolbens bzw. senkrecht zur Scheibenebene kompensieren.

In einer zweiten zweckmäßigen Ausführung ist das Koppelelement als elastisch nachgiebiges Bauteil ausgeführt, wobei die Kom­ pensationsbewegung durch die Elastizität des Koppelelementes realisiert wird.

Das Koppelelement weist vorteilhaft auf der der Abstützeinrich­ tung zugewandten Seite eine Abrollfläche auf, die eine im we­ sentlichen reibungsfreie Bewegung des Koppelelements an der Ab­ stützeinrichtung unterstützt.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu ent­ nehmen. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Ansicht auf eine gattungsgemäße Fahrzeugbremse in Bremsstellung,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung ein mit dem Bremsbelag­ halter ein einteiliges Bauteil bildendes Koppelele­ ment,

Fig. 3 bis Fig. 5 verschiedene Ausführungen eines zwischen Bremkolben und Bremsbelaghalter angeordneten nachgiebigen

Verbindungselementes

Die in Fig. 1 dargestellte Fahrzeugbremse 1 ist als Scheiben­ bremse ausgebildet und umfasst einen Bremskolben 2, welcher ei­ nen Bremsbelaghalter 3, der einen Bremsbelag 4 aufnimmt, in Pfeilrichtung 8 im wesentlichen vertikal zur Scheibenebene der Bremsscheibe 5 an diese mit einem vom Fahrer oder von einem As­ sistenzsystem vorgegebenen Bremsdruck andrückt. Bei Betätigung der Fahrzeugbremse 1 verstellt der Bremskolben 2 den Bremsbe­ laghalter 3 und den Bremsbelag 4 in Pfeilrichtung 8 aus der Lö­ sestellung, in welcher zwischen dem Bremsbelag 4 und der Brems­ scheibe 5 ein Lüftspiel eingestellt ist, in die Bremsstellung, in welcher der Bremsbelag 4 die zugewandte Oberfläche der Bremsscheibe 5 mit Bremsdruck beaufschlagt. Durch die Reibung zwischen Bremsbelag 4 und Bremsscheibe 5 entsteht eine Brems­ kraft, die der Rotationsbewegung der Bremsscheibe 5 entgegenge­ richtet ist und das Fahrzeug verzögert.

Die auf den Bremsbelag 4 in Umfangsrichtung wirkende Bremskraft wird mit Hilfe einer Abstützeinrichtung 6 abgestützt, welche in Umfangsrichtung an einer Stirnseite des Bremsbelaghalters 3 fahrzeugfest angeordnet ist und eine auf die Bremskraft zurück­ zuführende Verschiebung von Bremsbelag 4 und Bremsbelaghalter 3 in Umfangsrichtung der Bremsscheibe abstützt.

Zur Reduzierung der Reibung zwischen der Stirnseite des Brems­ belaghalters 3 und der Abstützeinrichtung 6 insbesondere bei einer Bewegung des Bremsbelags 4 in Bremsstellung in Pfeilrich­ tung 8 bzw. entgegen Pfeilrichtung 8 als Folge einer Unebenheit der Bremsscheibe 5 ist zwischen Bremsbelaghalter 3 und Abstütz­ einrichtung 6 ein Koppelelement 7 vorgesehen, über das der Bremsbelaghalter 3 an der Abstützeinrichtung 6 in Bremsstellung abgestützt wird. Das Koppelelement 7 ist in der Weise ausgebil­ det, dass in Bremsstellung der Fahrzeugbremse 1 Bewegungen des Bremsbelags 4 und des Bremsbelaghalters 3 - zumindest soweit diese Bewegungen in einem kleinen Bereich liegen - von dem Kop­ pelelement soweit kompensiert werden, dass derartige Bewegungen keine oder nur sehr geringe Reibungskräfte an der Abstützfläche der Abstützeinrichtung 6 erzeugen. Die Reibungsminderung kann entweder dadurch erreicht werden, dass trotz der Abstützung des Bremsbelaghalters 3 an der Abstützeinrichtung 6 in Umfangsrich­ tung eine Bewegung des Bremsbelaghalters 3 senkrecht zur Um­ fangsrichtung durch das Koppelelement 7 kompensiert wird, indem zwischen Koppelelement 7 und Abstützfläche der Abstützeinrich­ tung 6 keine Relativbewegung stattfindet, so dass auch keine Reibungskräfte entstehen können. Zum andern kann das Koppelele­ ment 7 aber auch in der Weise ausgebildet sein, dass zwar eine Bewegung zwischen Koppelelement 7 und Abstützfläche der Ab­ stützeinrichtung 6 erlaubt ist, eine derartige Bewegung jedoch auf Grund der Geometrie des Koppelelementes bzw. der Oberflä­ chenbeschaffenheit des Koppelelementes keine bzw. nur sehr ge­ ringe Reibungskräfte zur Folge hat.

In Fig. 1 ist der Aus­ schnittvergrößerung im rechten Bildbereich von Fig. 1 ein als Lager ausgebildetes Koppelelement 7 zu entnehmen, das um eine Kippachse verschwenkbar ist, welche senkrecht zur Pfeilrichtung 8 - der Bewegungs- und Längsachse des Bremskolbens 2 - und auch senkrecht zum Vektor der zu übertragenden Bremskräfte steht, so dass bei einer Bewegung in Pfeilrichtung 8 oder entgegen Pfeil­ richtung 8 das Koppelelement 7 um seine Kippachse verschwenken kann. Soweit sich die translatorische Bewegung in Pfeilrichtung 8 bzw. entgegen Pfeilrichtung 8 im Bereich kleiner Dimensionen bewegt, kann diese translatorische Bewegung durch ein Ver­ schwenken des Koppelelements 7 um seine Kippachse kompensiert werden, indem die der Abstützfläche der Abstützeinrichtung 6 zugewandte Seite des Koppelelements im wesentlichen ortsfest an der Abstützfläche anliegt und lediglich um seine Kippachse ver­ schwenkt wird. Diese Kompensationsbewegung wird dadurch unter­ stützt, dass die Kippachse des Koppelelements 7 innerhalb der Lageraufnahme im Bremsbelaghalter 3 verläuft.

Zur Unterstützung der Kompensationsbewegung des Koppelelements 7 bzw. zur Reibungsminderung zwischen Koppelelement 7 und Ab­ stützeinrichtung 6 ist das die Form eines Kipphebels einnehmen­ de Koppelelement 7 auf der der Abstützeinrichtung 6 zugewandten Seite mit einer abgerundeten Kontaktfläche 9 versehen, die ein reibungsreduziertes Abrollen des Koppelelements 7 an der Ab­ stützfläche der Abstützeinrichtung 6 ermöglicht. Diese Abroll­ bewegung ist der Kippbewegung um die Kippachse überlagert. Zu­ sätzlich kann es vorteilhaft sein, die Kontaktfläche 9 des Kipphebels 7 mit einer reibungsarmen Beschichtung zu versehen - in gleicher Weise kann auch die Abstützfläche der Abstützein­ richtung 6 mit einer reibungsarmen Beschichtung versehen sein.

Das Koppelelement 7 ist vorteilhaft symmetrisch zu einer Längs­ mittelebene 10 des das Koppelelement 7 tragenden Bauteils, im Ausführungsbeispiel der Bremsbelaghalter 3, angeordnet. Auf Grund der Symmetrie zur Längsmittelebene 10 ist das Koppelele­ ment 7 in der Lage, Kippbewegungen sowohl in Pfeilrichtung 8 als auch entgegen Pfeilrichtung 8 auszuführen. Auf Grund der Symmetrie in Bezug auf die Längsmittelebene des das Koppelele­ ment haltenden Bauteils können von der Bremsscheibe induzierte Bewegungen in bzw. entgegen Pfeilrichtung 8 in Bremsstellung der Fahrzeugbremse im wesentlichen reibungsfrei vom Bremsbelag und dem Bremsbelaghalter ausgeführt werden.

Fig. 2 zeigt eine Detailansicht eines an die Abstützfläche ei­ ner Abstützeinrichtung 6 angrenzenden Bremsbelaghalters 3 mit einem Koppelelement 7 in einer modifizierten Ausführung. Der den Bremsbelag 4 aufnehmende Bremsbelaghalter 3 und das Koppel­ element 7 bilden ein gemeinsames Bauteil, wobei das Koppelele­ ment 7 an einer Stirnseite des Bremsbelaghalters 3 in Pfeil­ richtung 8 und entgegen Pfeilrichtung 8 elastisch nachgiebig ausgebildet ist. Die elastische Nachgiebigkeit wird im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dadurch erreicht, dass in dem ein­ heitlichen Material des Bremsbelaghalters 3 und des Koppelele­ mentes 7 ein Schlitz 11 in der Weise eingebracht ist, dass in einer unbelasteten Position des Koppelelements 7 die benachbar­ ten Schlitzseiten auf Abstand zueinander liegen und dass dar­ über hinaus ein das Koppelelement 7 mit dem Bremsbelaghalter 3 verbindender Steg 12 mit reduziertem Querschnitt gebildet ist. Die Anbindung des Koppelelementes 7 an den Bremsbelaghalter 3 über den Steg 12 mit reduziertem Querschnitt ermöglicht ein ma­ terialelastisches, nachgiebiges Verhalten in Pfeilrichtung 8 bzw. entgegen Pfeilrichtung 8.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen weitere konstruktive Maßnahmen, welche in Bremsstellung der Fahrzeugbremse eine zumindest annähernd kräftefreie Bewegung des Bremsbelags in Andrückrichtung als auch entgegen der Andrückrichtung unterstützen. Im Übertra­ gungsweg zwischen Bremskolben 2 und Bremsbelag 4 ist ein zu­ sätzliches Verbindungselement 13 angeordnet, das eine Ver­ schwenkung des Bremsbelags 4 um eine Achse senkrecht zur An­ drückrichtung 8 erlaubt. Das Verbindungselement 13 befindet sich vorteilhaft zwischen der Stirnseite des Bremskolbens 2 und dem Bremsbelaghalter 3. Das Verbindungselement 13 kann entweder in sich starr sein oder ein elastisches Verhalten aufweisen. Die durch das Verbindungselement 13 ermöglichte Verschwenkbar­ keit des Bremsbelags 4 gestattet bei einer bremsscheibenindu­ zierten, in oder entgegen der Andrückrichtung 8 wirkenden Bewe­ gung ein kompensierendes Kippen von Bremsbelaghalter 3 und Bremsbelag 4, wobei der Momentanpol der Kippbewegung am Ab­ stützpunkt des Bremsbelaghalters 3 an der Abstützeinrichtung 6 liegt.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist das Verbindungselement 13 als ein in sich starres Lager ausgebildet. In der Ausführung nach Fig. 4 ist das Verbindungselement 13 als elastisches Bau­ teil, im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 als starres oder als elastisches Bauteil mit einer dem Bremsbelaghalter 3 zugewand­ ten gerundeten Abrollfläche ausgebildet.

Die Verbindungselemente zwischen Bremskolben und Bremsbelaghal­ ter können insbesondere in Verbindung mit einem vorbeschriebenen Koppelelement zwischen Bremsbelaghal­ ter oder einem mit dem Bremsbelaghalter verbundenen Bauteil und der Abstützeinrichtung vorgesehen sein.

Claims (9)

1. Fahrzeugbremse, mit einer Bremsscheibe und einem Bremskol­ ben, der einen Bremsbelag vertikal zur Ebene der Bremsscheibe an diese andrückt, mit einer Abstützeinrichtung, die in Brems­ stellung der Fahrzeugbremse - bei an der Bremsscheibe mit Druck anliegendem Bremsbelag - ein mit dem Bremsbelag verbundenes und Bremskräfte des Bremsbelags übertragendes Koppelelement in Um­ fangsrichtung der Bremsscheibe abstützt, wobei das Koppelele­ ment (7) in Bremsstellung der Fahrzeugbremse (1) eine zumindest annähernd reibungsfreie Bewegung des Bremsbelags (4) sowohl in Andrückrichtung auf die Bremsscheibe (5) hin als auch entgegen der Andrückrichtung von der Bremsscheibe (5) weg ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (7) und ein Bremsbelaghalter (3), wel­ cher zwischen dem Bremskolben (2) und dem Bremsbelag (4) ange­ ordnet ist, ein gemeinsames Bauteil bilden und das Koppelele­ ment (7) in Richtung der Abstützeinrichtung (6) einen Steg (12) mit verjüngtem Querschnitt aufweist.

2. Fahrzeugbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (7) um eine Achse vertikal zur Andrück­ richtung verschwenkbar ist.

3. Fahrzeugbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Übertragungsweg zwischen Bremskolben (2) und Bremsbelag (3) ein Verbindungselement (13) angeordnet ist, das eine Verschwenkung des Bremsbelags (4) um eine Achse senkrecht zur An­ drückrichtung (8) erlaubt.

4. Fahrzeugbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (13) ein Lager ist.

5. Fahrzeugbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager ein Kipphebel ist.

6. Fahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die der Abstützeinrichtung (6) zugewandte Seite des Kop­ pelelements (7) an der Abstützeinrichtung (6) in Andrückrich­ tung und entgegen der Andrückrichtung frei verschoben werden kann.

7. Fahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (7) auf der der Abstützeinrichtung (6) zugewandten Seite eine Abrollfläche aufweist.

8. Fahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (7) elastisch nachgiebig ausgeführt ist.

9. Fahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (7) in einer Längsmittelebene (10) des Bremsbelaghalters (3) liegt.