WO2015169832A1 - Bremskolbenkopf für eine scheibenbremsvorrichtung, bremskolben sowie scheibenbremsvorrichtung - Google Patents

Bremskolbenkopf für eine scheibenbremsvorrichtung, bremskolben sowie scheibenbremsvorrichtung Download PDF

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WO2015169832A1
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brake piston
piston head
brake
cross
sectional area
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Enrique WEGMANN
Olav Borgmeier
Stefan EIDEN
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Tmd Friction Services Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a brake piston head for a disc brake device, a brake piston and a corresponding disc brake device, wherein the brake piston head is designed for braking force transmission from a brake piston to a friction lining carrier plate.
  • Brake piston heads, brake pistons and disc brake devices of the type mentioned are known in the art.
  • Modern motor vehicle brakes are usually operated either hydraulically or pneumatically. In this case, force is exerted on a friction lining by means of compressed air or by means of brake fluid, which is thereby pressed against a rotatable body relative to the friction lining.
  • Known brake systems are drum brakes and disc brakes in which the friction lining is pressed against a brake drum or a brake disc for braking.
  • disc brakes are mostly used because they allow better heat dissipation than drum brakes and therefore can provide higher braking performance without overheating.
  • the friction lining is usually applied to a lining carrier plate or
  • the friction lining is usually elastic and thus not itself stable enough for direct power transmission.
  • the corresponding braking force is usually applied by means of hydraulically or pneumatically actuated brake cylinders, the act on the back against the lining carrier plate.
  • brake cylinders and the Reibbelagplatte brake piston heads can be arranged, which are part of the brake piston in some embodiments. In other embodiments, the brake piston heads are formed separately from the brake piston.
  • the lining carrier plate is preferably produced as a cast part, resulting in a flexible shaping of the
  • Pad carrier plate about with stiffening ribs or form-fitting parts allows.
  • DE 1 0 2008 01 9 003 A1 discloses a brake pad, in particular for a commercial vehicle disc brake, an associated adapter and a disc brake for commercial vehicles equipped with the brake pad and the adapter.
  • the brake pad has a carrier plate on which a friction lining is arranged, wherein the carrier plate has on its side facing away from the friction lining at least one force introduction region, with which one with a brake plunger in
  • Active connection standing adapter reaches the plant in the operating position of the brake, wherein for fixing adapter and support plate at least in
  • Halternittel Radial direction and circumferential direction, based on the brake disc geometry, On the support plate Halternittel are provided, which correspond to adapter side provided holding means.
  • DE 38 1 2 037 A1 discloses a mechanically operated sliding caliper disc brake which has a brake carrier and a brake caliper with two legs, wherein the legs engage over a brake disk connected to the wheel in a rotationally fixed manner.
  • a piston is slidably mounted parallel to the axis of rotation of the brake disc.
  • DE 2 009 260 A discloses a partial lining disc brake with a
  • a piston for a cylinder and piston unit of a disc brake is known, with a head and a body, which are adapted to come into contact with a brake pad to act on a brake disc.
  • the head and body comprise a shank for the shaft forming a clearance for a ring-damping element disposed between the head and the body and damping vibrations caused by a braking action in the head of the piston.
  • a disc brake with a brake disc with arranged on both sides of the brake disc brake pads and an axially displaceable brake caliper is known, which has a piston which presses one of the brake pads against the brake disc.
  • a caliper with brake pad and a piston is known to exert a force on the brake pad.
  • the brake piston has a hollow brake piston head.
  • lightweight materials in the field of braking systems. These reasons include on the one hand the weight savings that can be achieved on the other hand, but also a better thermal behavior of certain lightweight materials over conventional materials ien. Since very high braking forces are required, in particular in the case of heavy commercial vehicles, for example of the order of magnitude of approximately 200 kN, conventional brake systems, which are constructed with lightweight materials at critical points, do not withstand the high loads. In one
  • the lightweight construction materials can permanently deform, which causes the
  • the object of the invention is therefore to further develop a disc brake device of the type mentioned in that it allows the use of lightweight materials, in particular lightweight lining carrier plates, in particular for commercial vehicles.
  • the object is achieved by a brake piston head according to claim 1, a brake piston according to the independent claim 1 0 and by a
  • An inventive brake piston head for a disc brake device is used for braking force transmission from a brake piston to a friction lining carrier plate.
  • the brake piston head has a brake piston-side force introduction region and a Kraftaus effets Scheme facing the Reibbelagivaplatte.
  • the cross-sectional area of the brake piston head in Kraftaus effets Scheme is greater than a cross-sectional area in the force application area.
  • Brake piston head based on its material, its cross-sectional area in the force introduction region and / or its predetermined by the disc brake installation height is selected such that substantially all introduced by the brake piston in the force introduction line force field lines through the brake piston head over the entire cross-sectional area or in the
  • the brake piston head according to the invention is designed as a solid body. It has been shown that the transmission of the force field lines over the entire
  • Material, its cross-sectional area in the force application area and / or its predetermined by the disc brake installation height is chosen such that all introduced from the brake piston in the force introduction area
  • the fact is taken into account that the friction lining carrier plate can have corresponding geometries that influence the introduction of force.
  • Another further aspect of the brake piston head according to the invention provides that the geometry of the brake piston head is selected such that the transmitting force field lines extend substantially through the entire brake piston head.
  • the brake piston head is designed such that it is uniformly stressed throughout and no significant voltage differences occur in the brake piston head itself. This reduces the
  • the brake piston head is minimized in this embodiment of the invention in its dimensions, so that the brake piston head is light and no weight is wasted. According to a further embodiment of the brake piston head can be provided that the brake piston head in cross section from
  • the force introduction side of the brake piston head introduced force is discharged to a larger area, whereby the brake pressure is better distributed.
  • Pad carrier plate is thereby uniform and smaller
  • Pad carrier plate can be reduced, which reduces the risk of deformation pad carrier plate. Whether a gradual or a continuous broadening is selected, may also depend on the available space in a corresponding brake.
  • Brake piston head can be provided that the edges of the brake piston head beveled and / or rounded in Kraftaus effets Highway, wherein the
  • Rounding radius in particular between 2 mm and 1 0 mm.
  • Provision of a chamfer on the edges of the brake piston head or by providing corresponding curves can be prevented that force peaks on the outer layers of the brake piston head, ie in the edge regions,
  • a brake piston head is substantially or completely conical, in particular frusto-conical.
  • cone-shaped brake piston heads are suitable for distributing force field lines over the entire cross-sectional area of the force discharge area.
  • a first independent subject matter of the invention relates to a brake piston with a brake piston head according to one of the preceding claims.
  • a corresponding brake piston head By means of a corresponding brake piston head it is achieved that lightweight construction materials, for example aluminum alloys, are made possible in the environment of high-performance brake systems, in particular in the commercial vehicle sector.
  • brake piston head and brake piston can brake piston head and brake piston in one piece or in several pieces
  • Another independent object of the invention relates to a
  • Disc brake device with at least one Reibbelagamiplatte and at least one brake piston head and / or at least one brake piston, as described above.
  • a corresponding disc brake device can be constructed with lightweight materials, in particular with lining carrier plates of lightweight construction materials, such as aluminum.
  • Disc brake device may be provided that the material of the
  • Brake piston head is adapted to the material of the friction carrier plate, in particular corresponds to the material of the friction lining carrier plate. In this way, thermal expansion behavior can be optimized as well as the probability of
  • the disc brake assembly comprises a brake piston head 1, which is arranged between a brake piston 200 and a friction lining carrier plate 300.
  • the brake piston 200 is cylindrical in the embodiment shown here.
  • the friction lining carrier plate 300 is shown in FIG.
  • the Reibbelagamiplatte 300 may be profiled on the brake piston head 1 side facing.
  • a Kraftaus effets Scheme of the corresponding brake piston head can be structured complementarily.
  • the brake piston head 1 is also rotationally symmetrical and frustoconical in the illustrated embodiment.
  • the brake piston head 1 is made of solid material. He has no cavities and is not from one
  • Friction lining carrier plate 300 and brake piston head 1 are made of the same materials, preferably a light aluminum alloy.
  • the brake piston head 1 has a force introduction region 10, via which force is introduced from the brake piston 200 into the brake piston head 1.
  • Brake piston head 1 are designed to complement each other, in this case just.
  • the force introduction region 1 0 has a cross-sectional area 1 1, which has a first size.
  • the Kraftaustechnischs Society 20 has a cross-sectional area 21, which is greater than the cross-sectional area 1 1 of the force introduction region 1 0.
  • the brake piston head 1 is rounded off at the cross-sectional surface edge 22.
  • the rounding radius R of the rounding is at least about 2 mm.
  • the brake piston head 1 utilizes the so-called arching effect, which enables a uniform distribution of force field lines from the force introduction surface 10 to the force discharge surface 20.
  • the over the Force introduction region 10 introduced force field lines over the entire cross-sectional area 21 of the Kraftaustechnischs Schemes 20 homogeneously distributed. Voltage peaks in this area are effectively avoided.

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Abstract

Bremskolbenkopf (1 ) für eine Scheibenbremsenvorrichtung (100) zur Bremskraftübertragung von einem Bremskolben (200) auf eine Reibbelagträgerplatte (300), mit einem bremskolbenseitigen Krafteinleitungsbereich (10) und einem der Reibbelagträgerplatte (300) zugewandten Kraftausleitungsbereich (20), wobei die Querschnittfläche (21) des Bremskolbenkopfes (1) im Kraftausleitungsbereichs (20) größer ist als seine Querschnittfläche (11 ) im Krafteinleitungsbereich (10), wobei die Geometrie des Bremskolbenkopfs (1) auf Basis seines Materials, seiner Querschnittfläche (11 ) im Krafteinleitungsbereich (10) und/oder seiner durch die Scheibenbremsenvorrichtung (100) vorgegebenen Einbauhöhe (h) derart gewählt ist, dass im Wesentlichen alle vom Bremskolben (200) in den Krafteinleitungsbereich (10) eingeleiteten Kraftfeldlinien durch den Bremskolbenkopf (1) hindurch über im Wesentlichen die gesamte Querschnittfläche (21 ) des Kraftausleitungsbereichs (20) verteilt in die Reibbelagträgerplatte (300) übertragen werden.

Description

Bezeichnung: Bremskolbenkopf für eine Scheibenbremsvorrichtung, Bremskolben sowie Scheibenbremsvorrichtung Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Bremskolbenkopf für eine Scheibenbremsvorrichtung, einen Bremskolben sowie eine entsprechende Scheibenbremsvorrichtung, wobei der Bremskolbenkopf zur Bremskraftübertragung von einem Bremskolben auf eine Reibbelagträgerplatte ausgebildet ist.
Stand der Technik
Bremskolbenköpfe, Bremskolben und Scheibenbremsenvorrichtungen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt. Moderne Kraftfahrzeugbremsen werden in der Regel entweder hydraulisch oder pneumatisch betätigt. Dabei wird mittels Druckluft oder mittels Bremsflüssigkeit Kraft auf einen Reibbelag ausgeübt, der hierdurch an einem relativ zum Reibbelag drehbaren Körper gepresst wird. Bekannte Bremssysteme sind Trommelbremsen und Scheibenbremsen, bei denen der Reibbelag zum Bremsen gegen eine Bremstrommel oder eine Bremsscheibe gepresst wird. Für Hochleistungsanwendungen werden meist Scheibenbremsen verwendet, da diese eine bessere Wärmeabfuhr erlauben als Trommelbremsen und daher eine höhere Bremsleistung erbringen können, ohne zu überhitzen.
Durch Pressen des Reibbelags an die Bremsscheibe wird Reibung erzeugt, die Wärme produziert. Durch diesen Vorgang wird kinetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt und das Kraftfahrzeug entsprechend dem Verlust an kinetischer Energie verlangsamt.
Der Reibbelag ist üblicherweise auf einer Belagträgerplatte aufgebracht bzw.
befestigt, da der Reibbelag meist elastisch ist und somit selbst nicht stabil genug zur unmittelbaren Kraftübertragung ist. Die entsprechende Bremskraft wird meist mittels hydraulisch oder pneumatisch betätigten Bremszylindern aufgebracht, die rückseitig gegen die Belagträgerplatte wirken . Zwischen den Bremszylindern und der Reibbelagplatte können Bremskolbenköpfe angeordnet sein, die in manchen Ausgestaltungen Bestandteil der Bremskolben sind . In anderen Ausgestaltungen sind die Bremskolbenköpfe separat zu den Bremskolben ausgebildet.
Die DE 1 0 2005 009 398 A1 beschreibt beispielsweise ein Bremsbelagpaar für eine Scheibenbremse, wobei die Belagträgerplatte entsprechend den jeweils
auftretenden Belastungen, insbesondere Biegebelastungen und dem Bauraum eines Bremssattels angepasst, unterschiedliche Konfigurationen und
Dimensionierungen aufweist. So ist dort beispielsweise vorgesehen, die
Belagträgerplatte als Gussteil auszubilden, wobei an der Belagträgerplatte
Vertiefungen und/oder Erhebungen sowie Löcher vorsehbar sind, welche mit dem Reibbelag formschlüssig korrespondieren . Dabei wird die Belagträgerplatte vorzugsweise als Gussteil hergestellt, was eine flexible Formgebung der
Belagträgerplatte, etwa mit Versteifungsrippen oder Formschlussteilen ermöglicht.
Die Ausbildung von Belagträgerplatten als Gussteile anstelle eines Blechformteils, wie etwa einer Stahlplatte, ist erst ab einer hohen Stückzahl rentabel . Solche Stückzahlen sind für einen Nutzfahrzeugmarkt in der Regel nicht gegeben, da die unterschiedlichen Systeme zu stark diversifiziert sind . Selbst unter
Berücksichtigung des Ersatzteilgeschäfts bieten sich d ie dort erreichbaren
Stückzahlen nicht für eine solche Ausgestaltung an .
Die DE 1 0 2008 01 9 003 A1 offenbart einen Bremsbelag, insbesondere für eine Nutzfahrzeugscheibenbremse, einen zugehörigen Adapter sowie eine mit dem Bremsbelag und dem Adapter ausgestattete Scheibenbremse für Nutzfahrzeuge. Der Bremsbelag weist eine Trägerplatte auf, an der ein Reibbelag angeordnet ist, wobei d ie Trägerplatte an ihrer dem Reibbelag abgewandten Seite zumindest einen Krafteinleitungsbereich aufweist, mit welchem ein mit einem Bremsstößel in
Wirkverbindung stehender Adapter in Betriebsstellung der Bremse zur Anlage gelangt, wobei zur Fixierung von Adapter und Trägerplatte zumindest in
Radialrichtung und Umfangsrichtung, bezogen auf die Bremsscheibengeometrie, an der Trägerplatte Haltennittel vorgesehen sind, welche mit adapterseitig vorgesehenen Haltemitteln korrespondieren .
Die DE 38 1 2 037 A1 ist eine mechanisch betätigte Gleitsattel-Scheibenbremse bekannt, welche einen Bremsenträger und einen Bremssattel mit zwei Schenkeln aufweist, wobei die Schenkel eine mit dem Rad drehfest verbundene Bremsscheibe übergreifen . Im ersten Schenkel des Bremssattels ist ein Kolben parallel zur Drehachse der Bremsscheibe verschiebbar gelagert. Die DE 2 009 260 A offenbart eine Teilbelagscheibenbremse mit einem die
Bremsscheibe von außen umgreifenden U-förmigen Bremsträger und mit einem die Bremsscheibe ebenfalls von außen umgreifenden Schwimmsattel . Darüber hinaus ist für einen einfachen Bremsbelagwechsel ein Zwischenstück vorgesehen, welches als einziges Teil zu entnehmen ist, um den Schwimmsattel leicht auszubauen .
Aus der DE 600 1 9 31 9 T2 ist ein Kolben für eine Zyl inder- und Kolbeneinheit einer Scheibenbremse bekannt, mit einem Kopf und einem Körper, die dazu ausgebildet sind mit einem Bremsbelag in Kontakt zu gelangen, um auf eine Bremsscheibe zu wirken . Der Kopf und der Körper umfassen einen Schaft bzw. eine Aussparung für den Schaft, die einen Zwischenraum für ein Ring-Dämpfungselement bilden, das zwischen dem Kopf und dem Körper angeordnet ist und Schwingungen dämpft, die durch eine Bremstätigkeit im Kopf des Kolbens hervorgerufen werden . Aus der GB 2 1 23 909 A ist eine Scheibenbremse mit einer Bremsscheibe mit auf beiden Seiten der Bremsscheibe angeordneten Bremsbelägen und einem axial verschiebbaren Bremssattel bekannt, welcher einen Kolben aufweist, der einen der Bremsbeläge gegen die Bremsscheibe drückt. Aus US 2004/00795696 A1 ist ein Bremssattel mit Bremsbelag und einem Kolben bekannt, um eine Kraft auf den Bremsbelag auszuüben . Der Bremskolben weist einen hohl ausgebildeten Bremskolbenkopf auf. Aus vielfältigen Gründen ist es auch im Nutzfahrzeugbereich wünschenswert, im Bereich der Bremsanlagen Leichtbaumaterialien zu verwenden . Zu diesen Gründen zählen einerseits die damit erreichbare Gewichtsersparnis, andererseits aber auch ein besseres thermisches Verhalten bestimmter Leichtbaumaterialien gegenüber herkömmlichen Material ien . Da insbesondere bei schweren Nutzfahrzeugen sehr hohe Bremskräfte benötigt werden, beispielsweise in der Größenordnung von etwa 200 kN, halten herkömml iche Bremsanlagen, die mit Leichtbaumaterialien an kritischen Stellen gebaut sind, den hohen Belastungen nicht stand . In einem
Lastfall können sich die Leichtbaumaterialien dauerhaft verformen, was die
Sicherheit und Funktionstüchtigkeit der Bremsen beeinträchtigen kann . Der Einsatz von Leichtbaumaterialien, insbesondere im Bereich einer Belagträgerplatte, ist daher nicht ohne weiteres mögl ich und wird heutzutage meist vermieden . Aufgabe
Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Scheibenbremsenvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass sie den Einsatz von Leichtbaumaterialien, insbesondere von Leichtbau-Belagträgerplatten, ermögl icht, insbesondere bei Nutzfahrzeugen .
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Bremskolbenkopf gemäß Anspruch 1 , einen Bremskolben gemäß dem nebengeordneten Anspruch 1 0 sowie durch eine
Scheibenbremsvorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch 1 2.
Weiterführende Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ein erfindungsgemäßer Bremskolbenkopf für eine Scheibenbremsvorrichtung dient zur Bremskraftübertragung von einem Bremskolben auf eine Reibbelagträgerplatte. Der Bremskolbenkopf weist einen bremskolbenseitigen Krafteinleitungsbereich und einen der Reibbelagträgerplatte zugewandten Kraftausleitungsbereich auf. Die Querschnittsfläche des Bremskolben kopfes im Kraftausleitungsbereich ist größer als eine Querschnittsfläche im Krafteinleitungsbereich. Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Geometrie des
Bremskolbenkopfes auf Basis seines Materials, seiner Querschnittsfläche im Krafteinleitungsbereich und/oder seiner durch die Scheibenbremsvorrichtung vorgegebenen Einbauhöhe derart gewählt ist, dass im Wesentlichen alle vom Bremskolben in den Krafteinleitungsbereich eingeleiteten Kraftfeldlinien durch den Bremskolbenkopf hindurch über die gesamte Querschnittsfläche oder im
Wesentlichen die gesamte Querschnittsfläche des Kraftausleitungsbereichs verteilt in die Reibbelagträgerplatte übertragen werden.
Dadurch wird erreicht, dass die in den Krafteinleitungsbereich über den
Bremskolben eingeleiteten Kräfte im Wesentlichen auf die gesamte Fläche des Kraftausleitungsbereichs des Bremskolbenkopfes verteilt wird. Die Verteilung der Kraftausleitung im Kraftausleitungsbereich bedingt eine flächige Krafteinleitung in den Reibbelagträger und vermeidet dadurch Spannungsspitzen im
Reibbelagträger.
Dies wirkt einer möglichen Verformung des Reibbelagträgers entgegen und ermöglicht somit die Verwendung von Reibbelagträgern aus Leichtbaumaterialien. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Bremskolbenkopfes wird der Einsatz von
Leichtbaumaterialien in Bereichen möglich, in denen bisher solche
Leichtbaumaterialien nicht eingesetzt werden konnten.
Der erfindungsgemäße Bremskolbenkopf ist als Vollkörper ausgebildet. Es hat sich gezeigt, dass die Übertragung der Kraftfeldlinien über die gesamte
Querschnittsfläche des Kraftausleitungsbereichs mit Vollkörpern besonders gut realisierbar ist. Zudem lassen sich Vollkörper einfach herstellen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine gedachte Verbindungslinie, die in einem Längsschnitt durch den Bremskolbenkopf direkt gegenüberliegende
Querschnittsflächenränder des Krafteinleitungsbereichs und des
Kraftausleitungsbereichs miteinander verbindet, einen Winkel zwischen 25° und 55° zur Querschnittsfläche im Kraftausleitungsbereich aufweist. Es hat sich gezeigt, dass mit Hilfe einer solchen Geometrie des Bremskolbenkopfs eine entsprechende Verteilung von Kraftfeldlinien durch den Bremskolbenkopf erreicht werden kann. Zudem kann dadurch eine entsprechende Vergrößerung der Fläche des Kraftausleitungsbereichs gegenüber dem Krafteinleitungsbereich erreicht werden.
In einer ersten möglichen weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Geometrie des Bremskolbenkopfes auf Basis seines
Materials, seiner Querschnittsfläche im Krafteinleitungsbereich und/oder seiner durch die Scheibenbremsvorrichtung vorgegebene Einbauhöhe derart gewählt ist, dass alle vom Bremskolben in den Krafteinleitungsbereich eingeleiteten
Kraftfeldlinien oder im Wesentlichen alle vom Bremskolben in den
Krafteinleitungsbereich eingeleiteten Kraftfeldlinien über die gesamte
Querschnittsfläche des Kraftausleitungsbereichs oder im Wesentlichen die gesamte Querschnittsfläche des Kraftausleitungsbereichs homogen verteilt in die Reibbelagträgerplatte übertragen werden. Die jeweiligen Partialflächendrücke in Teilbereichen des Kraftausleitungsbereichs sind dadurch im Wesentlichen gleich.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die Reibbelagträgerplatte entsprechende Geometrien aufweisen kann, die die Krafteinleitung beeinflussen. Durch komplementäres Anpassen der Geometrie des Bremskolbenkopfes an die Reibbelagträgerplatte in der
entsprechenden Weise kann trotzdem eine homogene Krafteinleitung erreicht werden.
Ein anderer weiterführender Aspekt des erfindungsgemäßen Bremskolbenkopfes sieht vor, dass die Geometrie des Bremskolbenkopfes derart gewählt ist, dass sich die übertragenden Kraftfeldlinien im Wesentlichen durch den gesamten Bremskolbenkopf erstrecken . Somit ist der Bremskolbenkopf derart gestaltet, dass er durchgehend gleichförmig beansprucht wird und im Bremskolbenkopf selbst keine erhebl ichen Spannungsunterschiede auftreten . Dies reduziert die
mechanische Belastung des Bremskolbenkopfes und trägt zu dessen Langlebigkeit bei. Darüber hinaus ist der Bremskolbenkopf im Rahmen dieser Ausgestaltung der Erfindung in seinen Ausmaßen minimiert, sodass der Bremskolbenkopf leicht ist und kein Gewicht verschwendet wird . Gemäß einer weiterführenden Ausgestaltung des Bremskolbenkopfes kann vorgesehen sein, dass sich der Bremskolbenkopf im Querschnitt vom
Krafteinleitungsbereich zum Kraftausleitungsbereich monoton, insbesondere stufig oder kontinuierlich verbreitert. Auf diese Weise wird die über die
Krafteinleitungsseite des Bremskolbenkopfes eingeleitete Kraft auf eine größere Fläche ausgeleitet, wodurch der Bremsdruck besser verteilt wird . Die
Belagträgerplatte wird hierdurch gleichmäßiger und mit kleineren
Partialflächendrücken belastet. Die Spannungsunterschiede in der
Belagträgerplatte können verringert werden, wodurch das Verformungsrisiko Belagträgerplatte sinkt. Ob eine stufige oder eine kontinuierliche Verbreiterung gewählt wird, kann auch von den zur Verfügung stehenden Platzverhältnissen in einer entsprechenden Bremse abhängen .
Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Bremskolbenkopfs kann vorgesehen sein , dass die Kanten des Bremskolbenkopfs im Kraftausleitungsbereich gefast und/oder abgerundet sind, wobei der
Rundungsradius insbesondere zwischen 2 mm und 1 0 mm beträgt. Durch
Vorsehen einer Fase an den Kanten des Bremskolbenkopfs oder durch Vorsehen entsprechender Rundungen kann verhindert werden, dass Kraftspitzen über die äußeren Schichten des Bremskolbenkopfes, also in den Randbereichen,
übertragen werden . Eine Verteilung der Kraftfeldlinien durch den Bremskolbenkopf über die gesamte Querschnittsfläche des Kraftausleitungsbereichs, insbesondere eine homogene Verteilung, wird dadurch verbessert. Rundungsradien zwischen 2 mm und 1 0 mm haben sich als besonders geeignet erwiesen .
Ein weiterer Aspekt eines erfindungsgemäßen Bremskolbenkopfs sieht vor, dass der Bremskolbenkopf im Wesentlichen oder vollständig konusformig , insbesondere kegelstumpfförmig, ausgebildet ist. Durch entsprechende Berechnungen konnte gefunden werden, dass konusförmige Bremskolbenköpfe dazu geeignet sind, Kraftfeldlinien über die gesamte Querschnittsfläche des Kraftausleitungsbereichs zu verteilen .
Eine weitere mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bremskolbenkopfs sieht vor, dass der Durchmesser der Querschnittsfläche des
Kraftausleitungsbereichs zwischen 20 mm und 1 20 mm, insbesondere zwischen 40 mm und 90 mm, beträgt. Auf diese Weise lässt sich eine großflächige Anlage des Bremskolbenkopfs an einer Reibbelagträgerplatte erreichen .
Ein erster unabhängiger Gegenstand der Erfindung betrifft einen Bremskolben mit einem Bremskolbenkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Durch einen entsprechenden Bremskolbenkopf wird erreicht, dass Leichtbaumaterialien, beispielsweise Aluminiumleg ierungen, im Umfeld von Hochleistungsbremsanlagen , insbesondere im Nutzfahrzeugbereich, ermöglicht wird .
Gemäß einem weiterführenden Aspekt des erfindungsgemäßen Bremskolbens können Bremskolbenkopf und Bremskolben einstückig oder mehrstückig
ausgebildet sein . Einstückige Ausbildungen erleichtern die Montage einer entsprechenden Bremse, mehrstückige Ausgestaltungen können die
Standardisierung von Komponenten erleichtern .
Ein weiterer unabhängiger Gegenstand der Erfindung betrifft eine
Scheibenbremsvorrichtung mit wenigstens einer Reibbelagträgerplatte sowie wenigstens einem Bremskolbenkopf und/oder wenigstens einem Bremskolben, wie sie zuvor beschrieben wurden . Eine entsprechende Scheibenbremsvorrichtung kann mit Leichtbaumaterialien aufgebaut sein , insbesondere mit Belagträgerplatten aus Leichtbaumaterial ien, wie Aluminium .
Gemäß einem weiteren möglichen Aspekt der erfindungsgemäßen
Scheibenbremsvorrichtung kann vorgesehen sein , dass das Material des
Bremskolbenkopfes dem Material der Reibträgerplatte angepasst ist, insbesondere dem Material der Reibbelagträgerplatte entspricht. Auf diese Weise lassen sich Wärmeausdehnungsverhalten optimieren sowie d ie Wahrscheinl ichkeit von
Verformungen verringern . Auch unter Aspekten der Wärmeableitung kann durch Verwendung von gleichen oder ähnlichen Materialien Sprünge in den
Wärmeleitungseigenschaften, die die Wärmeableitung behindern , verhindern .
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung . Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung . Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur schematisch einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Scheibenbremsanordnung .
Die Scheibenbremsanordnung weist einen Bremskolbenkopf 1 auf, welcher zwischen einem Bremskolben 200 und einer Reibbelagträgerplatte 300 angeordnet ist. Der Bremskolben 200 ist in dem vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel zylindrisch . Die Reibbelagträgerplatte 300 ist in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel auf der dem Bremskolbenkopf 1 zugewandten Seite eben . In alternativen Ausführungsvarianten kann die Reibbelagträgerplatte 300 auf der dem Bremskolbenkopf 1 zugewandten Seite profiliert sein . In diesem Fall kann ein Kraftausleitungsbereich des entsprechenden Bremskolbenkopfes komplementär strukturiert sein . Der Bremskolbenkopf 1 ist ebenfalls rotationssymmetrisch und im dargestellten Ausführungsbeispiel kegelstumpfartig ausgebildet. Der Bremskolbenkopf 1 ist aus Vollmaterial gefertigt. Er weist keine Hohlräume auf und ist nicht aus einem
Komposit hergestellt. Reibbelagträgerplatte 300 und Bremskolbenkopf 1 bestehen aus gleichen Materialien, vorl iegend einer leichten Aluminiumlegierung .
Der Bremskolbenkopf 1 weist einen Krafteinleitungsbereich 1 0 auf, über den Kraft von dem Bremskolben 200 in den Bremskolbenkopf 1 eingeleitet wird . Eine
Stirnseite des Bremskolbens 200 und der Krafteinleitungsbereich 1 0 des
Bremskolbenkopfs 1 sind komplementär zueinander gestaltet, vorliegend eben .
Der Krafteinleitungsbereich 1 0 weist eine Querschnittsfläche 1 1 auf, die eine erste Größe hat. Der Kraftausleitungsbereich 20 weist eine Querschnittsfläche 21 auf, die gegenüber der Querschnittsfläche 1 1 des Krafteinleitungsbereichs 1 0 größer ist.
Hierdurch ergibt sich, dass eine Verbindungslinie L-L zwischen einem
Querschnittsflächenrand 1 2 der Querschnittsfläche 1 1 des Krafteinleitungsbereichs 1 0 und einem Querschnittsflächenrand 22 der Querschnittsfläche 21 des
Kraftausleitungsbereichs 20 gegenüber der Querschnittsfläche 21 einen Winkel α einnimmt, der, abhängig von den Querschnittsflächen und einer Einbauhöhe h zwischen 0° und 90° liegt. Es hat sich gezeigt, dass Winkel α zwischen 25° und 45° einen erfindungsgemäßen Aufbau eines entsprechenden Bremskolbenkopfs 1 ermögl ichen .
Der erfindungsgemäße Bremskolbenkopf 1 ist an dem Querschnittsflächenrand 22 abgerundet. Der Rundungsradius R der Abrundung beträgt vorl iegend etwa 2 mm . Der Bremskolbenkopf 1 nutzt die sogenannte Gewölbewirkung aus, die eine gleichmäßige Verteilung von Kraftfeldlinien von der Krafteinleitungsfläche 1 0 zur Kraftausleitungsfläche 20 ermöglicht. Somit werden die über den Krafteinleitungsbereich 10 eingeleiteten Kraftfeldlinien über die gesamte Querschnittsfläche 21 des Kraftausleitungsbereichs 20 homogen verteilt. Spannungsspitzen in diesem Bereich werden wirkungsvoll vermieden.
Bezugszeichenliste
1 Bremskolbenkopf
1 0 Krafteinleitungsbereich
1 1 Querschnittsfläche Krafteinleitungsbereich
1 2 Querschn ittsflächenrand
20 Kraftausleitungsbereich
21 Querschnittsfläche Kraftausleitungsbereich
22 Querschn ittsflächenrand
1 00 Scheibenbremsvorrichtung
200 Bremskolben
300 Reibbelagträgerplatte h Einbauhöhe
L-L Verbindungslin ie
R Rundungsradius
α Winkel

Claims

Patentansprüche
1 . Bremskolbenkopf (1 ) für eine Scheibenbremsenvornchtung (1 00) zur
Bremskraftübertragung von einem Bremskolben (200) auf eine
Reibbelagträgerplatte (300), mit einem bremskolbenseitigen
Krafteinleitungsbereich (10) und einem der Reibbelagträgerplatte (300) zugewandten Kraftausleitungsbereich (20), wobei die Querschnittfläche (21 ) des Bremskolbenkopfes (1 ) im Kraftausleitungsbereichs (20) größer ist als seine Querschnittfläche (1 1 ) im Krafteinleitungsbereich (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie des Bremskolbenkopfs (1 ) auf Basis seines Materials, seiner Querschnittfläche (1 1 ) im Krafteinleitungsbereich (10) und/oder seiner durch die Scheibenbremsenvorrichtung (100)
vorgegebenen Einbauhöhe (h) derart gewählt ist, dass im Wesentlichen alle vom Bremskolben (200) in den Krafteinleitungsbereich (10) eingeleiteten Kraftfeldlinien durch den Bremskolbenkopf (1 ) hindurch über im
Wesentlichen die gesamte Querschnittfläche (21 ) des
Kraftausleitungsbereichs (20) verteilt in die Reibbelagträgerplatte (300) übertragen werden, wobei der Bremskolbenkopf (1 ) als Vollkörper
ausgebildet ist, wobei eine gedachte Verbindungslinie (L-L), die in einem Längsschnitt durch den Bremskolbenkopf (1 ) direkt gegenüberliegende Querschnittflächenränder (12; 22) des Krafteinleitungsbereichs (10) und des Kraftausleitungsbereichs (20) miteinander verbindet, einen Winkel (a) zwischen 25° und 55° zur Querschnittfläche (21 ) im Kraftausleitungsbereich (20) aufweist.
2. Bremskolbenkopf (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie des Bremskolbenkopfs (1 ) auf Basis seines Materials, seiner Querschnittfläche (1 1 ) im Krafteinleitungsbereich (10) und/oder seiner durch die Scheibenbremsenvorrichtung (100) vorgegebenen Einbauhöhe (h) derart gewählt ist, dass im Wesentlichen alle vom Bremskolben (200) in den Krafteinleitungsbereich (10) eingeleiteten Kraftfeldlinien über im
Wesentlichen die gesamte Querschnittfläche (21 ) des Kraftausleitungsbereichs (20) homogen verteilt in die Reibbelagtragerplatte (300) übertragen werden.
Bremskolbenkopf (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Geometrie des Bremskolbenkopfs (1 ) derart gewählt ist, dass sich die übertragenen Kraftfeldlinien im Wesentlichen durch den gesamten Bremskolbenkopf (1 ) erstrecken.
Bremskolbenkopf (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Bremskolbenkopf (1 ) im Querschnitt vom Krafteinleitungsbereich (10) zum Kraftausleitungsbereich (20) monoton, insbesondere stufig oder kontinuierlich, verbreitert.
Bremskolbenkopf (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten des Bremskolbenkopfes (1 ) im
Kraftausleitungsbereich (20) gefast und/oder abgerundet sind, wobei der Rundungsradius (R) vorzugsweise zwischen 2 mm und 10 mm beträgt.
Bremskolbenkopf (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskolbenkopf (1 ) im Wesentlichen
konusförmig, insbesondere kegelstumpfförmig, ausgebildet ist.
Bremskolbenkopf (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (A) der Querschnittfläche (21 ) des Kraftausleitungsbereichs (20) zwischen 20 mm und 120 mm, vorzugsweise zwischen 40 mm und 90 mm, beträgt.
Bremskolben (200) mit einem Bremskolbenkopf (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Bremskolben (200) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Bremskolbenkopf (1 ) und Bremskolben (200) einstückig oder mehrstückig ausgebildet sind.
0. Scheibenbremsenvorrichtung (100) mit wenigstens einer
Reibbelagtragerplatte (300) sowie wenigstens einem Bremskolbenkopf (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder wenigstens einem Bremskolben nach einem der Ansprüche 8 oder 9.
1 . Scheibenbremsenvorrichtung (100) nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass das Material des Bremskolbenkopfes (1 ) dem Material der Reibbelagtragerplatte (300) angepasst ist, insbesondere dem Material der Reibbelagtragerplatte (300) entspricht.
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