DE69200457T2 - Bremssattel. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sattel für eine Bremse.
• Scheibenbremsen sind weit bekannt und verwendet, bei denen ein Sattel den Rand einer Scheibe umgreift, die sich zusammen mit einem Rad oder einer Welle dreht. Zwischen dein Sattel und der Scheibe sind auf beiden Seiten der Scheibe Bremsbeläge angeordnet. Eine Seite des Sattels ist mit einem Hydraulikzylinder und einem Kolben versehen, der bewirkt, daß die Scheibe zwischen den Bremsbelägen eingeklemmt wird, wodurch die Drehung der Scheibe verlangsamt oder angehalten wird.
• Wie in Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen gezeigt, hatten Bremssättel des Stands der Technik eine Zylinderbohrung B, die durch maschinelles Bearbeiten direkt in dein Körper des Sattels C ausgebildet war. Bei dieser Ansatz ist es notwendig, da die Bohrung nach dem Gießen des Sattelkörpers ausgebildet wird, eine Öffnung O in dem Schenkel der Scheibe gegenüber der Bohrung zu belassen, um einen Zwischenraum für spanabhebende Werkzeuge zu schaffen. Deshalb muß das für den Sattel verwendete Material in dem Ausmaß maschinell bearbeitbar sein, wie für die Bohrung B eine glatte Oberfläche erforderlich ist, und stark genug sein, um die Beanspruchungen, die bei Betätigung der Bremsen auftreten werden, auszuhalten, obgleich ein wesentlicher Bereich des einen Schenkels des Sattels fehlt.
• Um die vorstehend erwähnten Kriterien der maschinellen Bearbeitbarkeit und Festigkeit zu erfüllen, wurden gegossene oder geformte Bremssättel in der Vergangenheit aus Eisen oder Stahl hergestellt. Diese Metalle sind ziemlich schwer, und ihr zusätzliches Gewicht bei einem Fahrzeug ist für die Kraftstoffwirtschaftlichkeit von Nachteil. Während leichtere Materialien wie Aluminium bekannt sind, sind solche Materialien entweder nicht in geeigneter Weise maschinell bearbeitbar, nicht ausreichend stark oder nicht wirtschaftlich.
• Bremssättel unterliegen konzentrierten Biegebeanspruchungen in dem die beiden Schenkel verbindenden Brückenbereich. Es ist notwendig gewesen, den Brückenbereich zu verdicken, um diese Beanspruchungen aus zuhalten, wodurch das Gewicht erhöht wird.
• Außerdem wird die maschinelle Bearbeitung der Zylinderbohrung zu einem vollständig ausgebildeten Bremssattel aufgrund des Gewichts und der Sperrigkeit schwierig. Die genaue Anordnung der Bohrung kann auch schwierig sein.
• Dementsprechend gibt es ein unerfülltes Bedürfnis nach einem Bremssattel der leicht ist und wirtschaftlich hergestellt wird, und trotzdem für eine ausreichende Festigkeit und eine leicht maschinell hergestellte Bohrung sorgt.
• Die vorliegende Erfindung erfüllt die vorstehend erwähnten Bedürfnisse indem sie unter einem Aspekt einen Bremssattel schafft, der einen einstückigen, gegossenen Sattelkörper mit ersten und zweiten beabstandeten Schenkelbereichen und einen Brückenbereich, der die Schenkelbereiche unter Bildung einer dazwischen befindlichen Aussparung verbindet, aufweist und gekennzeichnet ist durch eine vorgefertigte, eingegossene Zylinderbuchse, die in dem ersten Schenkelbereich angeordnet ist unter Bildung einer Kolbenaussparung, die in Richtung auf den zweiten Schenkelbereich gerichtet ist, wobei der zweite Schenkelbereich nicht unterbrochen ist und den Zugang zu der Kolbenaussparung durch den zweiten Schenkelbereich hindurch blockiert. Der Sattel kann aus einem leichteren Metall wie Aluminium hergestellt werden. Eine maschinelle Bearbeitung des Zylinders ist nach Ausbildung des Sattels nicht notwendig.
• Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Zylinderbuchse aus einem relativ schwereren Material, beispielsweise einem geeigneten, maschinell bearbeitbaren Material, wie Stahl, hergestellt. Die Bohrung der Zylinderbuchse kann maschinell hergestellt werden, bevor die Zylinderbuchse in den Sattel eingeführt wird. Die fertiggestellte Zylinderbuchse kann in einer geeigneten Stellung in einem Formgesenk oder einer Form gelagert werden und dann kann der Sattelkörper um die Zylinderbuchse herum gegossen werden, wodurch die Zylinderbuchse in den Körper eingebaut wird. Da ein weiteres maschinelles Bearbeiten des Zylinders nicht notwendig ist, braucht der Schenkel des Sattels gegenüber dem Zylinder keine Zugangsöffnung zu haben. Leichte Legierungen wie 356 oder 380 Aluminium können für den Sattelkörper verwendet werden, wodurch das Gewicht des Sattels beträchtlich verringert wird.
• Bei einer bevorzugten Konstruktion weist der Sattel ein Verstärkungsarmmittel auf, das an der Zylinderbuchse befestigt, in dem Brückenbereich angeordnet und vorzugsweise aus Stahl hergestellt ist.
• Unter einem zweiten Aspekt der Erfindung umf aßt ein Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels mit einer Hydraulik-Kolbenbohrung die Schritte des Vorsehens eines Formgesenks mit einem Hohlraum, der die Form des Sattels so begrenzt, daß der Sattel mit einem Sattelkörper mit ersten und zweiten beabstandeten Schenkelbereichen und einem Brückenbereich ausgebildet wird, der die Schenkelbereiche miteinander verbindet und eine Aussparung zwischen den ersten und zweiten Schenkelbereichen bildet, wobei der zweite Schenkelbereich nicht unterbrochen ist, Vorfertigen einer Zylinderbuchse mit einer Bohrung, Anordnen der Zylinderbuchse in dem Hohlraum, Füllen des Hohlraums mit schmelzflüssigem Metall, während das schmelzflüssige Metall von der Zylinderbuchsenbohrung weggehalten wird, und Kühlen des Metalls, um den Bremssattel zu bilden, und Entnehmen des Sattels aus dem Hohlraum, wodurch die Zylinderbohrung die Kolbenbohrung in dem ersten Schenkel ohne weitere maschinelle Bearbeitung bildet und der zweite Schenkelbereich den Zugang zu der Kolbenbohrung durch den zweiten Schenkelbereich hindurch blockiert. Die Erfindung kann in der Praxis auf verschiedene Weise durchgeführt werden, die unter den Umfang der beiliegenden Ansprüche fallen, aber jetzt werden zusätzlich zu einem Beispiel des Stands der Technik, auf das bereits Bezug genommen wurde, mehrere Beispiele von Bremssätteln gemäß den erfindungsgemäßen Prinzipien und ein Verfahren zur Herstellung solch eines Sattels auch gemäß den erfindungsgemäßen Prinzipien beschrieben. Diese Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen zeigen:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Bremssattels gemäß dem Stand der Technik,
• Fig. 2 eine bruchstückartige, schematische, perspektivische Ansicht einer Scheibenbremse mit einem Bremssattel gemäß den erfindungsgemäßen Prinzipien,
• Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Bremssattels der in Fig. 2 gezeigten Bremse,
• Fig. 4 eine Seitenansicht der Zylinderbuchse,
• Fig. 5 einen Schnitt, der eine erste Phase bei dem Verfahren zum Gießen des Bremssattels veranschaulicht,
• Fig. 6 einen Schnitt im wesentlichen entlang der Linie 6-6 von Fig. 5,
• Fig. 7 eine Schnitt, der eine zweite Phase bei dem Verfahren des Gießens des Bremssattels veranschaulicht.
• Fig. 8 eine perspektivische Ansicht, die eine alternative Ausführungsform der Zylinderbuchse einschließlich eines Verstärkungsarms zeigt,
• Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Bremssattels, bei dem die Zylinderbuchse von Fig. 7 eingebaut ist, und
• Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform der Zylinderbuchse.
• Wie in Fig. 2 gezeigt, umf aßt eine Fahrzeugbremse in ihrer allgemeinen Konfiguration eine drehbare Welle 10, eine an der Welle drehfest befestigte Scheibe 12 und einen Bremssattel 14, der durch geeignete Halterungen (nicht gezeigt) gehalten wird, um den äußeren Ringteil der Scheibe zu umgreifen. In wohlbekannter Weise sind Bremsbeläge 16 an dem Bremssattel angeordnet, der an beiden Seiten der Scheibe 12 angeordnet ist. Ein Schenkel des Sattels 14 weist eine Hydraulik-Zylinderbohrung 18 auf, in der ein Kolben (nicht gezeigt) gleitet. Die Sattelzylinderbohrung 18 ist mit geeigneten Fluidleitungen zu einem Steuerzylinder verbunden, so daß die Betätigung des Steuerzylinders bewirkt, daß der Kolben auf die Scheibe 12 gedrückt wird, wodurch bewirkt wird, daß die Scheibe zwischen den Bremsbelägen 16 unter Reibung erfaßt wird.
• Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Bremssattels 14 sind in Fig. 3 gezeigt. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist der Sattel als einstückiger, relativ leichter, druckgegossener Körper aus Aluminiumlegierung ausgebildet. Der Körper umfaßt einen ersten Schenkelbereich 20, einen zweiten Schenkelbereich 22, der sich im allgemeinen parallel zu dem ersten Schenkelbereich, aber von diesem beabstandet erstreckt und einen Brückenbereich 24, der sich zwischen den äußersten Enden der Schenkelbereiche 20, 22 erstreckt und diese verbindet. So wird eine Aussparung 26 zwischen den ersten und zweiten Schenkelbereichen gebildet, in der die Bremsbeläge 16 (Fig. 2) angeordnet werden und in der der äußere Ringbereich der Scheibe 12 aufgenommen wird.
• Der in den Fig. veranschaulichte Bremszylinder soll eine generische Darstellung eines typischen Sattels sein. Es ist klar, daß eine große Vielzahl anderer Formen und Konfigurationen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Die genaue Form, die für einen bestimmten Einbau erforderlich ist, hängt von den Fachleuten wohlbekannten Faktoren hab.
• Die Bohrung 18 des Sattels 14 ist mit einer Zylinderbuchse ausgekleidet. Die Bohrungsöffnung der Zylinderbuchse ist in Richtung auf den zweiten Schenkelbereich 22 gerichtet. Nach dem vollständigen Zusammenbau wird ein Kolben in der Bohrung 16 angeordnet, der durch hydraulische Fluidleitungen betätigt wird, die in geeigneter Weise durch eine Öffnung 32' verbunden sind, die in die Rückseite des Sattels und der Zylinderbuchse gebohrt ist. Wie nachstehend detaillierter beschrieben, wird die Zylinderbuchse 30 vor ihrem Einbau in den Bremssattelkörper separat vorgefertigt. Da es nicht notwendig ist, die Zylinderbohrung 18 zu bohren oder maschinell herzustellen, nachdem der Sattel gegossen ist, kann der Sattelschenkelbereich 22 als ununterbrochene Wand ausgebildet werden, d.h. es besteht kein Bedarf für die Öffnung O wie in Fig. 1. So wird eine beträchtliche Konstruktionsschränkung vermieden.
• Einzelheiten der Zylinderbuchse 30 sind in Fig. 4 gezeigt. Die Zylinderbuchse 30 ist im allgemeinen zylindrisch und hohl und weist ein offenes vorderes Ende 32 und ein geschlossenes hinteres Ende 34 auf. Am vorderen Ende befindet sich ein Umfangsflansch 36 und in der Nähe des hinteren Endes befindet sich eine Umfangsnut. Das Innere 40 der Buchse 30 ist auf den gewünschten Durchmesser und die gewünschte Endbearbeitung maschinell bearbeitet, wodurch die Zylinderbohrung 18, die den Kolben aufnimmt, ausgebildet wird. Das äußerste Ende 42 der Zylinderbohrung ist konisch erweitert, um den Einbau des Kolbens zu erleichtern. Der hintere Teil der Buchse ist mit einer kegelstumpf förmigen Aussparung 44 ausgebildet. Der Flansch 36, die Nut 38 und die Aussparung 44 helfen bei der Bildung einer mechanischen Verriegelung zwischen der Buchse und dem Sattelkörper. Vorzugsweise ist die vordere Fläche 46 der Buchse so ausgebildet oder maschinell bearbeitet, daß sie flach und lotrecht zu der Achse der Buchse ist. Falls erwünscht, kann die Verbindung zwischen dem äußeren verjüngten Teil 42 mit der zylindrischen Bohrung 18 mit einer Schulter ausgebildet sein, um als Mittel zur Zuordnung der Werkzeugmaschine für das Präzisionsbearbeiten der Bohrung zu dienen. Vorzugsweise wird die Buchse aus Stahl hergestellt.
• Die Herstellung des Bremssattels durch ein Druckgießverfahren ist in Fig. 5 bis 7 veranschaulicht. Die oberen und unteren Formgesenke 52, 54 werden mit jeweiligen Innenhohlräumen 56 bzw. 58 ausgebildet, die, wenn sie zusammengebracht werden, die Form des zu gießenden Bremssattels definieren. Ein drittes Formgesenk umf aßt einen Schiebekern 60, der gleitend in Öffnungen 62, 64 paßt, die an der Hinterseite der Formgesenke 52, 54 vorgesehen sind. Zwei Finger 68, 69 (Fig. 6) erstrecken sich von der vorderen Fläche 66 des Schiebekerns aus. Die Finger schaffen ein Auflager, auf dem die Zylinderbuchse ruht. Eine zentrale Schubstange 76 erstreckt sich auch von der vorderen Fläche 66 des Schiebekerns. Das äußere Ende der Schubstange 72 liegt gegen das geschlossene hintere Ende der Buchse an.
• Wenn die Formgesenke wie in Fig. 7 gezeigt geschlossen sind, wird der Schiebekern 60 so vorwärts bewegt, daß das vordere Ende 32 der Buchse 30 mittels der Stange 72 eng gegen eine Innenwand 74 des unteren Formgesenks 54 gepreßt wird. So wird die Buchse 30 in einer richtigen Stellung gehalten, während schmelzflüssige Legierung in den Formgesenkhohlraum zur Bildung des Sattelkörpers eingeführt wird. Eine Bindung und eine mechanische Verriegelung wird zwischen dem Sattelkörpermaterial und der Buchse so gebildet, daß die Buchse fest und permanent in dem Sattelkörper eingebaut ist.
• Wenn das Gießen beendet und das Material abgekühlt ist, werden die Formgesenke geöffnet und der Schiebekern 60 wird entnommen. Das Entfernen der Schubstange 72 hinterläßt eine Aussparung 76' (Fig. 9), die später durch die hintere Wand der Buchse 30 durch Bohren verlängert wird und zur Verbindung mit einem Hydraulikflüssigkeitanschluß mit einem Gewinde versehen wird. Das Entfernen der Finger 68, 69 hinterläßt Aussparungen 78, 80 (Fig. 9), die die Funktion des Sattels nicht beeinträchtigen.
• Vorzugsweise wird ein temporärer Stopfen in der Zylinderöffnung angeordnet, um zu verhindern, das schmelzflüssige Legierung während des Gießverfahrens in die Zylinderbohrung eintritt.
• Wie für Fachleute zu erkennen ist, kann ein erfindungsgemäßer Bremssattel durch eine Vielzahl von Techniken wie Druckgießen, Sandgießen oder durch eine Dauerform hergestellt werden. Wie hier verwendet, sollen sich Begriffe wie "gegossen" oder "Gießen" auf alle solchen Techniken beziehen, bei denen der Sattelkörper um die vorgefertigte Zylinderbuchse formbar ist.
• Bevorzugte Materialien für den Sattelkörper umfassen 380 Aluminiumlegierung, 356 Aluminiumlegierung und 20%-iges Silicumcarbidaluminium-Verbundmaterial, wie es unter der Bezeichnung ALCAN erhältlich ist.
• Fig. 8 bis 10 veranschaulichen alternative Aus führungs formen der Erfindung, bei denen ein Sattelkörperbrückenverstärkungsarm vorgesehen ist. Wenn durch einen Bremssattel eine Bremskraft aufgebracht wird, wird in dem Teil des Sattelkörpers, der eine Brücke zwischen den Sattelschenkelbereichen bildet, ein Biegemoment erzeugt. Wie in Fig. 8 gezeigt kann eine Zylinderbuchse 84, die ähnlich wie die Zylinderbuchse 30 ausgebildet ist, mit einem im allgemeinen U-förmigen Verstärkungsarm 86 versehen werden, der einen ersten Flansch 88, der sich von einem zentralen Bereich der Buchse 84 nach oben erstreckt, einen Steg 89, der sich von dem ersten Flansch 88 nach vorn erstreckt und einen zweiten Flansch 90, der sich von dem vorderen Ende des Stegs 89 nach unten erstreckt, aufweist. Der erste Flansch 88 ist an der Buchse 84 durch eine Schweißnaht 92 befestigt.
• Die Zylinderbuchse 84 und der daran befestige Verstärkungsarm 86 sind in einen Bremssattel auf die gleiche Weise wie vorstehend mit Bezug auf Fig. 5 bis 7 beschrieben eingebaut. Wie in Fig. 9 gezeigt, erstreckt sich bei dem fertiggestellten Sattel der Steg 89 des Verstärkungsarms 86 über den Brückenbereich 24' des Sattels von dem ersten Schenkelbereich 20' zu dem zweiten 22'. Der Verstärkungsarm ist vorzugsweise aus einem starken Metall wie Stahl hergestellt, um Kräften gegenüber einen angemessenen Widerstand entgegenzusetzen, die auf den Sattel einwirken.
• Bei der Ausführungsform von Fig. 10 ist der erste Flansch 96 des Verstärkungsarms 98 mit einem Ring 100 ausgebildet. Die Zylinderbuchse 102 ist durch den Ring 100 eingesetzt und ist eng dort eingepaßt. Andere geeignete Mittel zur Befestigung des Arms an der Buchse können angewandt werden, wie die Ausbildung beider als einstückiges Element.

Claims (15)

1. Bremssattel (14), umfassend einen gegossenen, einstükkigen Sattelkörper mit ersten und zweiten beabstandeten Schenkelbereichen (20, 22) und einen Brückenbereich (24), der die Schenkelbereiche unter Bildung einer dazwischen befindlichen Aussparung (26) verbindet, gekennzeichnet durch eine vorgefertigte, eingegossene Zylinderbuchse (30), die in dem ersten Schenkelbereich angeordnet ist unter Bildung einer Kolbenaussparung, die in Richtung auf den zweiten Schenkelbereich gerichtet ist, wobei der zweite Schenkelbereich nicht unterbrochen ist und den Zugang zu der Kolbenaussparung durch den zweiten Schenkelbereich hindurch blockiert.

2. Bremssattel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dar der Sattelkörper aus einem relativ leichteren Material besteht, das vorzugsweise Aluminium umfaßt und die Zylinderbuchse aus einem relativ schwereren Material besteht, das vorzugsweise Stahl umfaßt.

3. Bremssattel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dar das leichte Metall eine Aluminiumlegierung oder einen Verbundkörper aus Aluminium und Siliciumcarbid umfaßt.

4. Bremssattel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dar die Zylinderbuchse Mittel zur Bildung einer Verriegelung mit dem Sattelkörper, beispielsweise eine Umfangsnut (38) umfaßt.

5. Bremssattel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welcher ein Verstärkungsarmmittel (86, 98) umfaßt, das an der Zylinderbuchse befestigt ist, das in dem Brückenbereich angeordnet ist und vorzugsweise aus Stahl hergestellt ist.

6. Bremssattel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsarmmittel ein Element umf aßt, welches einen ersten Flansch (88; 96) aufweist, der an der Zylinderbuchse (84) in Anordnung in der Nähe des ersten Schenkelbereichs (20') befestigt ist, wobei sich ein Steg (89) von dem ersten Flansch durch den Brückenbereich hindurch erstreckt und ein zweiter Flansch (90) in der Nähe des zweiten Schenkelbereichs (22') angeordnet ist.

7. Bremssattel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbuchse ein im allgemeinen zylindrisches Element umfaßt, das ein offenes erstes Ende (32), das in der Nähe der Aussparung angeordnet ist, und ein geschlossenes Ende (34) aufweist, das gegenüber dem offenen Ende angeordnet ist.

8. Bremssattel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dar er weiterhin einen Umfangsflansch (36) um das erste Ende der Zylinderbuchse herum aufweist.

9. Ein Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels mit einer Hydraulik-Kolbenbohrung (18), umfassend die Schritte:

Vorsehen eines Formgesenks (52, 54) mit einem Hohlraum (56, 58), der die Form des Sattels definiert, so daß der Sattel mit einem Sattelkörper ausgebildet wird, der erste und zweite beabstandete Schenkelbereiche (20, 22) und einen Brückenbereich (24) aufweist, der die Schenkelbereiche unter Bildung einer Aussparung zwischen den ersten und zweite Schenkelbereichen verbindet, wobei der zweite Schenkelbereich (22) nicht unterbrochen ist, Vorfertigen einer Zylinderbuchse (30) mit einer Bohrung (18), Anordnen der Zylinderbuchse in dem Hohlraum, Füllen des Hohlraums mit schmelzflüssigem Metallmaterial, während das schmelzflüssige Metallmaterial aus der Zylinderbuchsenbohrung ferngehalten wird und Kühlen des Metallmaterials, um den Bremssattel zu bilden und Entnehmen des Sattels aus dem Hohlraum, wodurch die Zylinderbuchse (18) die Kolbenbohrung in dem ersten Schenkel (20) ohne weitere maschinelle Bearbeitung formt und wobei der zweite Schenkelbereich (22) des Sattelkörpers den Zugang zu der Kolbenbohrung durch den zweiten Schenkelbereich hindurch blockiert.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Formgesenk mit einem Schiebekern (60) versehen ist, und der Schritt des Anordnens das Abstützen der Zylinderbuchse auf dem Schiebekern umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiebekern (60) mit Fingern (68, 69) versehen ist, die sich in den Formgesenkhohlraum erstrecken,, und der Schritt des Anordnens das Abstützen der Zylinderbuchse auf den Fingern umfaßt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiebekern eine Schubstange (76) aufweist, und der Schritt des Anordnens das Einschieben der Zylinderbuchse in den Hohlraum mittels der Schubstange umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Formgesenk eine Wand (74) zur Bildung einer Bremssattelscheibenaussparung aufweist, und daß der Schritt des Einschiebens umfaßt, das die Stoßstange (76) die Zylinderbuchse dicht gegen die Wand schiebt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch den Schritt des Anordnens eines in dem Formgesenkhohlraum angeordneten Verstärkungsarms (86; 98), derart angeordnet ist, daß ein Brückenbereich (24') des Bremssattels verstärkt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsarm (92; 100) an der Zylinderbuchse befestigt ist.