DE4418701A1 - Bremskolben für eine Scheibenbremse in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bremskolben für eine Scheibenbremse in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Gattungsgemäße Bremskolben bei Scheibenbremsen von Kraft­ fahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, werden durch sogenannte Roll-Back-Dichtungen nach einem Bremsvorgang wieder in ihre Ausgangslage zurückgestellt. Neben ihrer Abdichtfunktion kommt den Roll-Back-Dichtungen also die Aufgabe der Sicherstellung eines ausreichenden "Lüft­ spiels" zwischen Bremsscheibe und Bremsbacken zu. Damit wird vermieden, daß die Bremsbacken auch nach einem Bremsvorgang noch über längere Zeit an der Bremsscheibe anliegen und hierdurch ein Restbremsmoment verursachen, das einen unnötig hohen Kraftstoffverbrauch bedingt. Bei zunehmendem Verschleiß der Reibbeläge der Bremsbacken rutschen die Bremskolben aufgrund des größer gewordenen Zustellweges durch die Roll-Back-Dichtungen durch, wo­ durch selbsttätig eine Nachstellung der Bremsbacken zur Bremsscheibe hin erfolgt.

Bei der Auslegung der Roll-Back-Dichtungen ergibt sich folgender Zielkonflikt: Einerseits ist man bestrebt, die Roll-Back-Dichtung steif und langhubig auszulegen, um bei möglichst vielen Betriebszuständen eine Rückstellung des Bremskolbens zu gewährleisten. Andererseits sollte jedoch die Roll-Back-Dichtung nicht zu schwergängig sein, damit sich der Bremskolben schon in der Anfangsphase eines Bremsvorgangs und bei leichten Abbremsungen gleichmäßig und leicht dosierbar bewegen läßt. Somit ist für die Aus­ gestaltung der Roll-Back-Dichtung ein Kompromiß zwischen der Rückstellfunktion und der Dosierbarkeit der Bremse einzugehen.

Hieraus ergeben sich folgende Nachteile: Um die Klemm­ kraft der Roll-Back-Dichtung zu überwinden, ist ein ge­ wisser Mindestdruck im Bremssystem (ca. 1 bis 2 bar) er­ forderlich. Hierdurch ist die Bremse im unteren Druckbe­ reich nicht fein dosierbar. Durch Verschmutzung und Alte­ rung erhöht sich die Schwergängigkeit des Bremskolbens im Bremssattel der Scheibenbremse, so daß die Rückstellkraft der Roll-Back-Dichtung unter Umständen nicht mehr aus­ reicht, um den Bremskolben in seine Ausgangslage zurück­ zuführen. Demzufolge liegt der Reibbelag der Bremsbacke so lange an der Bremsscheibe an, bis er durch Seiten­ schlag der Bremsscheibe, Vibrationen, Radeinschlag, etc. zusammen mit den Bremskolben wieder zurückgeführt wird. Damit stellt sich ein ausreichendes Lüftspiel erst nach einer gewissen Fahrtstrecke ein. Das bedeutet aber, daß nach jedem Bremsvorgang die Reibbeläge über eine unbe­ stimmte Zeit an der Bremsscheibe anliegen, wodurch ein nicht zu unterschätzendes Restbremsmoment auftritt, das den Kraftstoffverbrauch unnötig erhöht.

Bei mittleren und stärkeren Abbremsungen verformen sich die Reibbeläge elastisch und der Bremssattel weitet sich auf, so daß die Bremskolben über einen größeren Verschie­ beweg auf die Bremsscheibe zugestellt werden und hierbei durch die Roll-Back-Dichtungen hindurchrutschen. Nach Beendigung des Bremsvorganges bleiben die Reibbeläge mit erheblicher Restkraft an der Bremsscheibe anliegen, da die Roll-Back-Dichtungen nicht mehr ausreichend zurück­ stellen können. Hierdurch entsteht ebenfalls ein kraft­ stoffverbraucherhöhendes Restbremsmoment.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile ei­ ner Scheibenbremse mit gattungsgemäßen Bremskolben zu be­ heben.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Kerngedanke ist es dabei, einen geteilten Bremskolben zu verwenden. Bei jeder Bremsung wird zunächst nur der zweite, leicht bewegliche Kolben durch das Druckmittel verschoben und überbrückt somit, ohne den Widerstand der Roll-Back-Dichtung überwinden zu müssen, das Lüftspiel zwischen Bremskolben und Bremsscheibe. Erst bei einer Steigerung des Bremsdruckes wird der erste Kolben mitbe­ wegt und muß seinerseits den Widerstand der Roll-Back- Dichtung überwinden.

Hierdurch ergibt sich eine Reihe von Vorteilen: Die Roll- Back-Dichtung kann optimal auf ihre Rückstellfunktion hin ausgelegt werden. Sie kann nunmehr so langhubig ausgebil­ det werden, daß sie bis hin zu mittelstarken Abbremsungen dem Bremskolben folgen kann und damit ein Durchrutschen des Bremskolbens verhindert. Zudem kann sie hinsichtlich ihrer Rückstellkraft so ausgelegt werden, daß auch bei Verschmutzung und Alterung der Bremsanlage und damit er­ höhter Schwergängigkeit der Bremskolben im Bremssattel eine vollständige Rückstellung der Bremskolben erfolgt. Eine derartige Auslegung der Roll-Back-Dichtung behindert zwar die Leichtgängigkeit des ersten Kolbens, was jedoch durch die konstruktiv gewährleistete Leichtgängigkeit des zweiten Kolbens ausgeglichen wird, der ohne nennenswerten Widerstand bis hin zu mittleren Bremsdrücken die Brems­ kraft übertragen kann. Erst bei weiter steigendem Brems­ druck bewegt sich der erste Kolben entgegen der Rückhal­ tekraft der Roll-Back-Dichtung und wirkt dann zusammen mit dem zweiten Kolben auf die Bremsbacke. Somit wird die Dosierbarkeit der Scheibenbremse bei geringen Brems­ drücken deutlich verbessert und eine sichere Rückstellung der Bremskolben und damit der Bremsbacken, auch unter er­ schwerten Bedingungen, in jedem Fall gewährleistet. Somit stellt sich nach jedem Bremsvorgang unmittelbar wieder ein ausreichendes Lüftspiel zwischen Reibbelag und Brems­ scheibe ein, so daß die Reibbeläge nicht unnötig lange an der Bremsscheibe anliegen. Damit wird das Restbremsmoment auf ein Minimum reduziert, wodurch der Kraftstoffver­ brauch des Kraftfahrzeuges sinkt.

Selbstverständlich kann die Roll-Back-Dichtung bei Ein­ satz des erfindungsgemäßen Bremskolbens so ausgelegt wer­ den, daß ein verschleißbedingter Zustellweg nicht zurück­ gestellt wird und damit die Nachstellfunktion der Roll- Back-Dichtung uneingeschränkt erhalten bleibt.

Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 2 wird der zweite Kolben in einfacher Weise im Inneren des hohlzylindrischen ersten Kolbens verschieblich geführt. Die Membran übernimmt die Funktion eines Vermittlers zwi­ schen dem Flüssigkeitsdruck des Druckmittels und dem Endabschnitt des zweiten Kolbens: Durch die elastische Ausbildung der Membran baucht sie zunächst nur mittig aus und liegt damit mit geringer Fläche am zweiten Kolben an. Mit steigendem Bremsdruck vergrößert sich die An­ lagefläche und damit auch die übertragene Bremskraft, so lange, bis die Membran vollflächig am zweiten Kolben an­ liegt. In der Regel ist zu diesem Zeitpunkt ein Brems­ druck erreicht, der ausreicht, um den ersten Kolben ent­ gegen der Rückstellkraft der Roll-Back-Dichtung ebenfalls zu bewegen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Bremskolbens zeichnet sich durch ihren einfachen Aufbau und die große Funkti­ onssicherheit aus. Der Membran kommt gleichzeitig die Aufgabe einer Abdichtung gegenüber der Bremsflüssigkeit und die Aufgabe der Kraftübertragung zu. Durch die Ela­ stizität der Membran ergibt sich gerade bei geringen Bremsdrücken ein äußerst feinfühliges Ansprechverhalten.

Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 stellt eine äußerst stabile Membran zur Verfügung. Vorteilhaf­ terweise ist die Membran aus Edelstahl gefertigt und z. B. über eine Elektronenstrahlverschweißung mit dem Endabschnitt des ersten Kolbens verbunden. Damit wird eine sichere und flüssigkeitsdichte Befestigung der Mem­ bran erzielt. Die für die Ausbauchung erforderliche Ela­ stizität der Membran wird erfindungsgemäß durch eine oder mehrere ringförmige Sicken erzielt.

Die Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 4 verhin­ dert die direkte Berührung der metallischen Trägerplatte der Bremsbacke mit dem in der Regel ebenfalls metalli­ schen Bremskolben, indem nur der zweite Kolben direkt an der Bremsbacke zur Anlage kommt. Wird der zweite Kolben beispielsweise aus hoch festem und temperaturbeständigem Kunststoff gefertigt, so ist die Wärmeübertragung von der Bremsbacke auf den Bremskolben (und damit die Brems­ flüssigkeit) unterbrochen. Des weiteren hat der Absatz am zweiten Kolben den Vorteil, daß der Verschiebeweg des zweiten Kolbens gegenüber dem ersten Kolben in Richtung der Membran begrenzt ist. Hierdurch wird eine Beschädi­ gung der Membran, beispielsweise ein Durchstoßen der Mem­ bran beim Wechsel der Bremsbacken, zuverlässig vermieden.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Bremskolben im Längs­ schnitt.

Der Bremssattel 1 einer Scheibenbremse eines Kraftfahr­ zeuges ist mit einem in seiner Gesamtheit mit 2 bezeich­ neten Bremskolben versehen. Der Bremskolben 2 setzt sich aus einem äußeren, hohlzylindrischen ersten Kolben 3 und einem im Inneren des ersten Kolbens 3 mit entsprechender Passung leichtverschieblich geführten zweiten Kolben 4 zusammen. Der Bremskolben 2 ist in einen Bremszylinder 5 eingesetzt, der über einen Bremsflüssigkeitskanal 6 mit dem Hauptbremszylinder des Kraftfahrzeuges verbunden ist.

Der Bremskolben 2 wirkt in seiner Gesamtheit auf eine Bremsbacke 7, dies sich aus einem Reibbelag 8 und einem Belagträger 9 zusammensetzt. Bei Aufbau eines Bremsflüs­ sigkeitsdruckes wird der Bremskolben 2 und damit die Bremsbacke 7 gegen eine Bremsscheibe 10 gedrückt. Bei ge­ löster Bremse ist zwischen Bremsscheibe 10 und Reibbelag 8 ein ausreichendes Lüftspiel s anzustreben, damit der Reibbelag 8 zur Bremsscheibe 10 beabstandet ist. Dieses Lüftspiel wird durch eine in den Bremssattel 1 ein­ gesetzte Roll-Back-Dichtung 11, die auf den Außenumfang des ersten Kolbens 3 wirkt und diesen nach einem Brems­ vorgang wieder in seine Ausgangslage zurückstellt, er­ zeugt.

Am der Ringfläche 12 des Endabschnitts des ersten Kolbens 3 ist eine kreisförmige Membran 13 angebracht. Die Mem­ bran 13 überdeckt den Querschnitt des ersten Kolbens 3 und damit auch den Endabschnitt 14 des zweiten Kolbens 4. Die Membran 13 weist drei ringförmige Sicken 15 sowie eine zentrale Erhebung 16 auf.

Der erste Kolben 3 wirkt nicht unmittelbar auf den Belag­ träger 9, sondern liegt vielmehr über dem Absatz 18 am zweiten Kolben 4 an. Der Absatz 18 begrenzt zudem die Be­ weglichkeit des zweiten Kolbens 4 in Richtung des Pfeils 17. Ringnuten am Kolben 4 bzw. am Bremssattel 1 nehmen eine Staubdichtung 19 auf.

Nachfolgend wird die Funktion des erfindungsgemäßen Bremskolbens 2 näher erläutert:
Bei Betätigung des Bremspedals strömt über den Kanal 6 unter Druck stehende Bremsflüssigkeit in den Bremszylin­ der 5 ein. Der Flüssigkeitsdruck baucht die Membran 13 in Richtung des zweiten Kolbens 4 aus, wodurch der zweite Kolben 4 mit geringer Kraft in Richtung auf die Brems­ scheibe 10 verschoben und das Lüftspiel s überwunden wird. Dieser Vorgang erfolgt ohne nennenswerten Wider­ stand, so daß die Bremse in der Anfangsphase eines Brems­ vorgangs sehr leicht und genau zu dosieren ist.

Mit steigendem Flüssigkeitsdruck kann auch die auf den ersten Kolben 3 wirkende Rückhaltekraft der Roll-Back- Dichtung 11 überwunden werden. Nunmehr werden erster und zweiter Kolben 3 bzw. 4 gleichzeitig in Richtung auf die Bremsscheibe 10 bewegt. Durch den Gleichlauf der beiden Kolben 3 und 4 und die vollflächige Anlage der Membran 13 am zweiten Kolben 4 können jetzt auch höhere Bremskräfte bis hin zur maximal möglichen Bremskraft übertragen wer­ den. Hierbei stützt sich der erste Kolben 3 über den Ab­ satz 18 am zweiten Kolben 4 ab, so daß der erste Kolben 3 nur mittelbar auf den Belagträger 9 wirkt.

Nach Beendigung des Bremsvorganges wird der erste Kolben 3 über die Roll-Back-Dichtung 11 wieder zurückgestellt. Damit wird auch die Membran 13 von der Bremsbacke 7 weg­ verlagert und zieht über den hinter der Membran 13 ent­ stehenden Unterdruck auch den zweiten Kolben 4 mit zu­ rück.

Bei Verwendung einer Membran 13 aus Edelstahl und einer Verschweißung der Membran 13 mit dem Endabschnitt 12 des ersten Kolbens 2 läßt sich eine Druckbeständigkeit bis ca. 40 bar erzielen. In den meisten Fällen wird es jedoch ausreichend sein, ab Erreichen eines Bremsdruckes von ca. 10 bar die Rückhaltekraft der Roll-Back-Dichtung 11 zu überwinden und damit den Gleichlauf der beiden Kolben 3 und 4 einzuleiten.

Bei mittleren Bremsdrücken (ca. 10 bis 50 bar) erweist sich der erfindungsgemäße Bremskolben 2 damit als beson­ ders vorteilhaft, da durch die oben beschriebene hohe Rückhaltekraft der Roll-Back-Dichtung 11, die gleichbe­ deutend ist mit einer ebenfalls hohen Rückstellkraft, der geteilte Bremskolben 2 sicher und zuverlässig nach jedem Bremsvorgang zurückgestellt und hierdurch ein ausreichen­ des Lüftspiel s gewährleistet wird.

Abgesehen von der erwünschten Zustellbewegung der Roll- Back-Dichtung 11 bei entsprechendem Verschleiß des Reib­ belages 8 kommt es daher lediglich bei extrem hohen Bremsdrücken und einer damit einhergehenden größeren Ver­ formung des Reibbelages 8 und/oder einer entsprechenden Aufweitung des Bremssattels 1 nach wie vor zu einem uner­ wünschten Durchrutschen des Bremskolbens 2 und einer da­ mit unvollständigen Rückstellung des Bremskolbens 2. Da derartige Vollbremsvorgänge jedoch die Ausnahme darstel­ len, kann auf eine noch höhere Rückstellkraft der Roll- Back-Dichtung 11 verzichtet werden.

Claims (4)

1. Bremskolben für eine Scheibenbremse in einem Kraft­ fahrzeug, der bei Beaufschlagung mit einem Druck­ mittel eine Bremsbacke gegen eine Bremsscheibe drückt, mit einer am Außenumfang des Bremskolbens wirkenden Dichtung zur Rückstellung des Bremskolbens nach einem Bremsvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremskolben (2) aus einem ersten und einem zweiten Kolben (3 bzw. 4) be­ steht, wobei die beiden Kolben (3, 4) gegeneinander leichtverschieblich sind und die Dichtung (Roll- Back-Dichtung 11) lediglich auf den ersten Kolben (3) wirkt, sowie mit Mitteln, durch die bei geringer Druckbeaufschlagung nur der zweite Kolben (4) und erst bei Beaufschlagung mit höherem Druck auch der erste Kolben (3) bewegt wird.

2. Bremskolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (4) im Inneren des hohlzylindrischen ersten Kolbens (3) ge­ führt ist, daß am bremsbackenabgewandten Endab­ schnitt (Ringfläche 12) des ersten Kolbens (3) eine den Querschnitt des ersten Kolbens (3) überdeckende elastische Membran (13) abdichtend befestigt ist und daß die elastische Membran (13) bei Beaufschlagung durch das Druckmittel auf den bremsbackenabgewandten Endabschnitt (14) des zweiten Kolbens (4) wirkt.

3. Bremskolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (13) aus einem metallischen Werkstoff besteht, kreisförmig ausgebildet ist und zumindest eine ringförmige Sicke (15) aufweist.

4. Bremskolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Bremskraft des ersten Kolbens (3) auf die Bremsbacke (7) mittelbar über einen stufenförmigen Absatz (19) am zweiten Kolben (4) erfolgt.