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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Bremssattel für eine
Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zum Auslegen einer Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs.
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Aus
der
DE 10 2006
033 159 A1 ist ein Bremssattel für eine Scheibenbremse
eines Kraftfahrzeugs bekannt, der ein Bremssattelgehäuse
aufweist, das beabstandet zueinander und gegenüberstehende
Bremssattelschenkel und mindestens eine die beiden Bremssattelschenkel
miteinander verbindende Bremssattelbrücke umfasst. Dabei
bilden die Bremssattelschenkel und die wenigstens eine Bremssattelbrücke
einen freiliegenden Rand in Form eines rundum geschlossen verlaufenden
integrierten Stützrahmens. Ferner sind im Bremssattelgehäuse Aufnahmen
für Hydraulikkolben zur Beaufschlagung von verstellbaren
Bremsbelägen integral ausgebildet. Des Weiteren sind Befestigungsstellen
zur Befestigung des Bremssattels an einem Bremssattelträger,
wie zum Beispiel ein Radträger oder eine Radaufhängung
oder dergleichen, des Fahrzeugs vorgesehen.
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Beim
bekannten Bremssattel sind die Befestigungsstellen an einem Verstärkungselement
integral ausgeformt, das im Bereich des Stützrahmens an
das Bremssattelgehäuse angebaut ist. Dieses Verstärkungselement
entlastet das Bremssattelgehäuse vom Bremsmoment und kann
dadurch die Anregung des Bremssattels zu Schwingungen und somit
eine Geräuschbildung beim Bremsvorgang reduzieren.
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Bremsgeräusche,
insbesondere in Form von Bremsenquietschen, stellen bei der Entwicklung
neuer Straßenfahrzeuge ein vergleichsweise großes Problem
dar. Die Ursachen für derartige Bremsgeräusche
sind vielfältig und können beispielsweise im Schwingungsverhalten
des Bremssystems oder im Reibverhalten der Bremsbeläge
liegen.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für einen Bremssattel der eingangs genannten Art bzw. für
ein Verfahren zum Auslegen einer Scheibenbremse eine verbesserte
Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine
Reduzierung der Bremsgeräusche auszeichnet.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände
der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Monoblock-Bremssattel
zumindest ein Geräuschreduktionselement vorzusehen, das
an das Bremssattelgehäuse angebaut ist und dabei ausschließlich
am Bremssattelgehäuse befestigt ist. Durch die Anbringung
wenigstens eines als Anbauteil ausgestalteten Geräuschreduktionselements am
Bremssattelgehäuse kann das Schwingungsverhalten des Bremssattelgehäuses
signifikant beeinflusst werden. Beispielsweise kann mit Hilfe des
Geräuschreduktionselements lokal die Masse des Bremssattelgehäuses
erhöht werden, wodurch regelmäßig eine
Reduzierung von Eigenfrequenzen realisierbar ist. Zusätzlich
oder alternativ kann mit Hilfe eines derartigen Geräuschreduktionselements
lokal die Steifigkeit des Bremssattelgehäuses erhöht
werden, was in der Regel zu einer Erhöhung der Eigenfrequenzen
führt. Zusätzlich oder alternativ ist es ebenso
möglich, ein derartiges Geräuschreduktionselement
zur Realisierung einer lokalen Dämpfung am Bremssattelgehäuse
anzubringen. Beispielsweise kann das Geräuschreduktionselement
hierzu zumindest teilweise aus einem Material bestehen, das eine vergleichsweise
hohe innere Strukturdämpfung besitzt, wie zum Beispiel
ein Elastomer.
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Die
Auslegung einer Scheibenbremse bzw. einer Scheibenbremsanlage, die
mit einem derartigen Bremssattel ausgestattet ist, kann gemäß der vorliegenden
Erfindung beispielsweise so durchgeführt werden, dass zunächst
ein Rechenmodell der Scheibenbremse mit einem solchen Monoblock-Bremssattel
aufgebaut wird, wobei der Bremssattel für die Erzeugung
des Rechenmodells noch nicht mit den Geräuschreduktionselementen
ausgestattet ist. In einem anschließenden Schritt kann
ein Einbauraum bestimmt werden, der für das wenigstens
eine Geräuschreduktionselement maximal zur Verfügung
steht. Anschließend kann dann ausgehend von dem so bestimmten
maximalen Einbauraum eine Geräuschoptimierung rechnerisch
durchgeführt werden, derart, dass für das wenigstens
eine Geräuschreduktionselement wesentliche Parameter, wie
zum Beispiel Anzahl, Geometrie, Positionierung, Aufbau, Werkstoff,
Befestigungsart und beliebige Kombinationen daraus, ermittelt werden
können.
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Bei
diesem Auslegungsverfahren kommt das hier verfolgte Prinzip, das
auch dem vorgestellten Bremssattel zugrunde liegt, besonders deutlich
zum Ausdruck, wonach am Bremssattel die Bremsfunktion einerseits
und die geräuschreduzierenden Maßnahmen andererseits
voneinander getrennt werden und auch getrennt optimiert werden.
Die beim vorgestellten Auslegungsverfahren vorgesehene Bestimmung
des maximal zur Verfügung stehenden Einbauraums erleichtert
dabei signifikant die Auffindung optimierter Geräuschreduktionselemente.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Bremssattels,
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2–4 perspektivische
Ansichten von Geräuschreduktionselementen unterschiedlicher Ausführungsformen.
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Entsprechend 1 umfasst
ein Bremssattel 1, der für eine im Übrigen
nicht gezeigte Scheibenbremse bzw. Schreibenbremsanlage eines Kraftfahrzeugs
vorgesehen ist, ein aus einem Stück hergestelltes Bremssattelgehäuse 2,
an das zumindest ein Geräuschreduktionselement 3 angebaut
ist. Im Beispiel der 1 sind zwei verschiedene Geräuschreduktionselemente 3,
nämlich ein erstes Geräuschreduktionselement 3a und ein
zweites Geräuschreduktionselement 3b an das Bremssattelgehäuse 2 angebaut.
Diese Anzahl ist dabei rein exemplarisch.
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Das
Bremssattelgehäuse 2 umfasst zwei Bremssattelschenkel 4 und 5,
die zueinander beabstandet und gegenüberstehend angeordnet
sind. Im montierten Zustand der mit dem Bremssattel 1 ausgestatteten
Scheibenbremse erstreckt sich eine Bremsscheibe zwischen den beiden
Bremssattelschenkeln 4 und 5. Das Bremssattelgehäuse 2 umfasst
außerdem zumindest eine Bremssattelbrücke 6, 7, 8,
welche die beiden Bremssattelschenkel 4, 5 miteinander
verbinden. Im Beispiel sind – wieder ohne Beschränkung
der Allgemeinheit – drei derartige Bremssattelbrücken 6, 7, 8 dargestellt,
nämlich eine mittlere Brücke 6 und zwei äußere
Brücken 7, 8. Die Bremssattelschenkel 4, 5 und
die Bremssattelbrücken 6, 7, 8 sind
dabei integral am Bremssattelgehäuse 2 ausgeformt.
Beispielsweise handelt es sich hierbei um ein Gussteil.
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Die
Bremssattelbrücken 6, 7, 8 und
die beiden Bremssattelschenkel 4, 5 sind dabei
so gestaltet, dass sie an einer Seite, die einer Nabe der Bremsscheibe
zugewandt ist, einen freiliegenden Rand 9 des Bremssattelgehäuses 2 als
Stützrahmen 10 ausbilden, der rundum geschlossen
verläuft und dabei integral am Bremssattelgehäuse 2 ausgeformt
ist. Insoweit nimmt das Bremssattelgehäuse 2 die
im Betrieb auftretenden Kräfte, welche Bremsbeläge 11, von
denen hier nur einer erkennbar ist, gegen die nicht gezeigte Bremsscheibe
andrücken, in sich auf.
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Im
Bremssattelgehäuse 2 sind außerdem in üblicher
Weise Aufnahmen für Hydraulikkolben integral ausgeformt,
wobei diese Aufnahmen und die Hydraulikkolben in 1 durch
den sichtbaren Bremsbelag 11 verdeckt sind. Die Hydraulikkolben
dienen zur Beaufschlagung der verstellbaren Bremsbeläge 11,
um sie an die Bremsscheibe anzupressen. Die zugehörigen
Aufnahmen sind dementsprechend in den Bremssattelschenkeln 4, 5 ausgebildet,
so dass auch die Hydraulikkolben in den Bremssattelschenkeln 4, 5 untergebracht
sind.
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Das
Bremssattelgehäuse 2 ist mit Hilfe von Befestigungsstellen 12 und 13 an
einem hier nicht gezeigten Bremssattelträger des Fahrzeugs
befestigbar. Beispielsweise kann der Bremssattel 1 über
die Befestigungsstellen 12, 13 am Bremssattelträger
verschraubt werden. Beim Bremssattelträger kann es sich
beispielsweise um einen Radträger oder um eine Radaufhängung
oder dergleichen handeln. Die Befestigungsstellen 12, 13 sind
am Bremssattelgehäuse 2 integral ausgebildet,
im Beispiel handelt es sich dabei um Öffnungen, durch die
hindurch eine Verschraubung realisierbar ist.
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Insgesamt
handelt es sich beim Bremssattel 1 somit um einen Monoblock-Bremssattel,
der sich durch ein aus einem Stück hergestelltes Bremssattelgehäuse 2 bzw.
durch ein monolithisches Bremssattelgehäuse 2 auszeichnet.
Dieses monolithische Bremssattelgehäuse 2 charakterisiert
sich seinerseits dadurch, dass es die beiden Bremssattelschenkel 4, 5,
die Bremssattelbrücken 6, 7, 8,
den Stützrahmen 10, die Aufnahmen und die Befestigungsstellen 12, 13 als
integral ausgeformte Bestandteile umfasst.
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An
das Bremssattelgehäuse 2 ist nun zumindest ein
solches Geräuschreduktionselement 3 angebaut.
Dementsprechend handelt es sich beim jeweiligen Geräuschreduktionselement 3 um
ein Anbauteil, das am Bremssattelgehäuse 2 befestigt
ist. Insbesondere erfolgt die Anbindung des jeweiligen Geräuschreduktionselements 3 an
das Bremssattelgehäuse 2 derart, dass das jeweilige
Geräuschreduktionselement 3 ausschließlich
am Bremssattelgehäuse 2 befestigt ist. Das jeweilige
Geräuschreduktionselement 3 ist dabei vorzugsweise
im Bereich des Stützrahmens 10 und/oder an einer
der Rotationsachse der Bremsscheibe zugewandten Seite des Bremssattelgehäuses 2 an
das Bremssattelgehäuse 2 angebaut.
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Das
erste Geräuschreduktionselement 3a, das in den 1 und 2 dargestellt
ist, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
zur lokalen Erhöhung der Masse des Bremssattelgehäuses 2 dienen.
Beispielsweise kann für das erste Geräuschreduktionselement 3a ein
Werkstoff mit einer gegenüber dem Werkstoff des Bremssattelgehäuses 2 höheren
Dichte hergestellt sein. Beim Monoblock-Bremssattel 1 ist
das Bremssattelgehäuse 2 bevorzugt aus einer Leichtmetalllegierung
hergestellt. Somit eignet sich für das erste Geräuschreduktionselement 3a die
Verwendung von Eisen bzw. Stahl oder Grauguss, insbesondere Sphäroguß.
Die lokale Erhöhung der Masse des Bremssattelgehäuses 2 führt,
insbesondere lokal, zur Reduzierung der Eigenfrequenz des Bremssattelgehäuses 2.
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Das
in den 1 und 3 gezeigte zweite Geräuschreduktionselement 3b dient
zur lokalen Erhöhung der Steifigkeit des Bremssattelgehäuses 2. Hierzu
kann das zweite Geräuschreduktionselement 3b insbesondere
aus einem besonders steifen Material hergestellt sein. Zusätzlich
oder alternativ kann auch eine entsprechend geeignete Geometrie
des zweiten Geräuschreduktionselements 3b zu einer entsprechenden
Aussteifung des Bremssattelgehäuses 2 im Bereich
der Kopplung mit dem zweiten Geräuschreduktionselement 3b führen.
Das zur Steifigkeitserhöhung verwendete zweite Geräuschreduktionselement 3b kann
insbesondere aus einem Werkstoff mit vergleichsweise niedriger Dichte
hergestellt werden. Grundsätzlich kann der gleiche Werkstoff verwendet
werden, der auch für die Herstellung des Bremssattelgehäuses 2 dient.
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Es
ist klar, dass grundsätzlich auch die beiden unterschiedlich
arbeitenden Wirkprinzipien, nämlich einerseits die Masseerhöhung
des ersten Geräuschreduktionselements 3a und andererseits die
Aussteifung des zweiten Geräuschreduktionselements 3b,
in einem einzigen Geräuschreduktionselement 3 kombiniert
werden können. Beispielsweise kann das zweite Geräuschreduktionselement 3b zusätzlich
aus einem vergleichsweise dichten Material hergestellt werden, wodurch
zusätzlich zur Aussteifung auch eine signifikante Masseerhöhung
lokal am Bremssattelgehäuse 2 erzielbar ist, sofern
dies an dem Ort, an dem das zweite Geräuschreduktionselement 3b am
Bremssattelgehäuse 2 angebracht ist, opportun
ist.
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Sofern
mit Hilfe des Geräuschreduktionselements 3 nur
eine lokale Masseerhöhung realisiert werden soll, genügt
es, das jeweilige Geräuschreduktionselement 3 gemäß 2 nur über
eine einzige Verbindungsstelle 14 am Bremssattelgehäuse 2 festzulegen.
Sofern jedoch eine lokale Aussteifung des Bremssattelgehäuses 2 realisiert
werden soll, ist es zweckmäßig, zumindest zwei
voneinander beabstandete Befestigungsstellen 14 vorzusehen,
was bei der in 3 gezeigten Ausführungsform
der Fall ist. Die Befestigungsstellen 14 sind auf der Seite
der Geräuschreduktionselemente 3 durch Vertiefungen
realisiert, die einen unrunden Querschnitt, zum Beispiel einen Mehrkantquerschnitt,
hier einen Rechteckquerschnitt, insbesondere einen Quadratquerschnitt,
besitzen. Komplementär dazu ist das Bremssattelgehäuse 2 mit
einem entsprechenden Vorsprung versehen, der einen dazu passenden
Querschnitt besitzt.
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4 zeigt
ein drittes Geräuschreduktionselement 3c, das
alternativ zu wenigstens einem der beiden anderen Geräuschreduktionselementen 3a und 3b am
Bremssattelgehäuse 2 angebracht werden kann. Das
dritte Geräuschreduktionselement 3c zeigt exemplarisch
die Möglichkeit einer lokalen Dämpfung am Bremssattelgehäuse 2.
Realisiert wird dies dadurch, dass das jeweilige Geräuschreduktionselement 3 zumindest
teilweise aus einem Material besteht, das eine vergleichsweise hohe
innere Strukturdämpfung besitzt. In 4 ist eine
besondere Ausführungsform gezeigt, bei der das Geräuschreduktionselement 3 einen
Schichtaufbau besitzt. Im Beispiel sind zwei Schichten erkennbar,
nämlich eine Tragschicht 15 und eine Dämpfungsschicht 16.
Die Dämpfungsschicht 16 besteht aus dem zuvor
genannten Material mit hoher Strukturdämpfung. Beispielsweise
handelt es sich hierbei um einen Kunststoff, insbesondere um einen
Elastomer. Im Unterschied dazu ist die Tragschicht 15 vergleichsweise steif.
Sie kann vorzugsweise aus Metall hergestellt sein. Grundsätzlich
kann hier Leichtmetall verwendet werden. Bevorzugt wird hier jedoch
Grauguss, insbesondere Sphäroguß, bzw. Eisen oder
Stahl. Die beiden Schichten 15, 16 können
miteinander verschweißt sein oder miteinander verklebt
sein. Ebenso ist es möglich, die Dämpfungsschicht 16 an
die Tragschicht 15 anzuspritzen bzw. durch Vulkanisierung
daran anzubringen.
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Die
Verwendung einer derartigen Tragschicht 15 ermöglicht
es außerdem, das jeweilige Geräuschreduktionselement 3 am
Bremssattel 2 so anzubringen, dass dabei die Dämpfungsschicht 16 vorgespannt
bzw. komprimiert wird, wodurch die Dämpfungswirkung signifikant
beeinflusst, insbesondere auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt
bzw. „getuned”, werden kann. In 4 repräsentiert
ein Pfeil 17 die Richtung der Vorspannung, mit welcher die
Tragschicht 15 gegen das Bremssattelgehäuse 2 verspannt
werden kann, um dadurch die Dämpfungsschicht 16 vorzuspannen.
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Bei
der in 4 gezeigten Ausführungsform des dritten
Geräuschreduktionselements 3c sind ebenfalls nur
zwei Verbindungsstellen 14 vorgesehen.
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Wie 1 entnehmbar
ist, besitzen die Geräuschreduktionselemente 3 an
ihrer vom Bremssattelgehäuse 2 abgewandten Seite
für jede Verbindungsstelle 14 eine Bohrung oder Öffnung 18,
durch welche im Bereich der Verbindungsstelle 14 zum Beispiel
eine Verschraubung zwischen dem jeweiligen Geräuschreduktionselement 3 und
dem Bremssattelgehäuse 2 realisierbar ist. Die
unrunde Querschnittsgeometrie der Verbindungsstellen 14 vermeidet
Verdrehungen zwischen dem jeweiligen Geräuschreduktionselement 3 und
dem Bremssattelgehäuse 2, so dass in allen Richtungen
Momente übertragen werden können.
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Die
Auslegung einer mit einem derartigen Bremssattel 1 ausgestatteten
Scheibenbremse bzw. Bremsanlage erfolgt derart, dass zunächst
ein Rechenmodell der Scheibenbremse bzw. der Bremsanlage mit dem
Monoblock-Bremssattel 1, jedoch noch ohne das wenigstens
eine Geräuschreduktionselement 3, aufgebaut wird.
Dieses Rechenmodell beinhaltet dabei insbesondere zusätzlich
zum Bremssattel 1 die Bremsbeläge, die Bremsscheibe,
sowie Achsteile, wie zum Beispiel Achsschenkel, Lenker, Federbeine,
Achsträger usw.
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Anschließend
kann anhand des Rechenmodells ein maximaler Einbauraum bestimmt
bzw. berechnet werden, der für das wenigstens eine Geräuschreduktionselement 3 maximal
zur Verfügung steht.
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Danach
kann ausgehend von dem bestimmten maximalen Einbauraum rechnerisch
eine Geräuschoptimierung durchgeführt werden,
bei der für das wenigstens eine Geräuschreduktionselement 3 wesentliche
Parameter ermittelt werden. Wesentliche Parameter sind dabei zumindest
einer der folgenden Parameter oder eine beliebige Kombination daraus:
die Anzahl der Geräuschreduktionselemente 3, die
Geometrie des jeweiligen Geräuschreduktionselements 3,
die Positionierung des jeweiligen Geräuschreduktionselements 3 am
Bremssattelgehäuse 2, der Aufbau des jeweiligen
Geräuschreduktionselements 3, der Werkstoff zur
Herstellung des jeweiligen Geräuschreduktionselements 3 und
die Art der Befestigung des jeweiligen Geräuschreduktionselements 3 am
Bremssattelgehäuse 2. Dieser letzte Optimierungsschritt
kann insbesondere empirisch durchgeführt werden, wobei
auf Erfahrungswerte aufgebaut werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006033159
A1 [0002]