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Die Erfindung betrifft einen Bremssattel für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, wobei der Bremssattel wenigstens eine Bremsbelagaufnahme und wenigstens einen Bremsbelagaktuator zum Betätigen eines in dem Bremssattel angeordneten Bremsbelags aufweist. Der Bremsbelagaktuator ist fluidisch antreibbar.
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Bremssättel der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt. Derartige Bremssättel sind in der Mehrzahl aller Kraftfahrzeuge eingesetzt. Dabei ist es bei den bekannten Bremssätteln üblich, die Bremsen mittels eines Fluides, also eines Gas oder einer Flüssigkeit, zu betätigen.
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Ein bekanntes Problem derartiger Bremssättel ist die sogenannte Schwellzeit, die aus Deformierungseffekten im Bremssystem oder aus einer Kompressibilität des Fluides herrührt und die dazu führt, dass zwischen Betätigen der Bremse und Erreichen des gewünschten Bremsdrucks eine Zeit im Bereich von 0,1 s bis 1 s vergeht. Die Schwellzeit verlängert daher den Bremsweg und verschlechtert die Rückmeldung des Bremssystems an den Fahrer.
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Darüber hinaus ist bekannt, dass Bremsen unter bestimmten Umständen zum Schwingen und damit zur Geräuschemission, z. B. durch Bremsenquietschen neigen. Das Bremssystem kann durch Druckvariationen oder Imperfektionen periodisch angeregt werden, was bei Anregungsfrequenzen in der Nähe einer Eigenfrequenz des Bremssystems oder Teilen davon zu hohen Schwingungsamplituden und damit zu den Geräuschen führen kann.
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In dem Artikel ”Zur Ursache von Bremsenquietschen: Modellbildung und experimentelle Untersuchung mittels neuer Messverfahren” von Prof. Dr.-Ing. U. von Wagner ist ein Bremsbelag offenbart, der eine piezokeramische Aktorenschicht aufweist, um einen Bremsbelag aktiv anzuregen. Die Wirksamkeit eines derartigen Bremsbelags ist experimentell bestätigt. Allerdings ist der dort offenbarte Bremsbelag aufwendig und damit als Verschleißteil teuer und kann die Schwellzeit nicht beeinflussen.
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Die
DE 198 18156 A1 beschreibt eine piezohydraulisch betätigbare Radbremsvorrichtung mit einer Piezoelementanordnung, mit der über einen Antriebskolben ein Bremsdruck aufbaubar ist.
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Die
DE 10 2012 011 500 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung von Fehlfunktionen eines Fahrzeugs, bei der von einer Fehlfunktion verursachter Geräusche mittels zumindest einer Erfassungseinheit akustisch erfasst werden.
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Zur Behebung dieser beiden Probleme sind bereits verschiedene Ansätze bekannt, beispielsweise Wahl entsprechender Materialien oder Wahl von geeigneten Fluiden sowie geometrische Optimierungen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass beide Nachteile nur mit verhältnismäßig großem Aufwand und unter Eingehung anderer Kompromissen reduziert werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen Bremssattel der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Schwellzeit reduziert wird und dass ein wirksames Mittel gegen Bremsenquietschen gefunden wird.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Bremssattel gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Verminderung von Bremsgeräuschen gemäß dem nebengeordneten Anspruch B. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßer Bremssattel für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, weist wenigstens eine Bremsbelagaufnahme und wenigstens einen Bremsbelagaktuator auf, der einen in dem Bremssattel angeordneten Bremsbelag axial betätigen kann. Der Bremsbelagaktuator weist ein fluidisch antreibbares Aktuatorelement auf.
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Ein solches fluidisch antreibbares Aktuatorelement kann beispielsweise mittels einer Flüssigkeit, beispielsweise Bremsflüssigkeit, meist einer Flüssigkeit mit niedrigen Gefrierpunkt und hohem Siedepunkt, oder einem Gas betätigt werden. Dazu wird das Fluid in eine Kammer veränderbaren Volumens hineingepumpt, die mit dem Aktuatorelement derart gekoppelt ist, dass eine Volumenveränderung in der Kammer zu einem Betätigen des Aktuatorelements führt. Das Aktuatorelement kann beispielsweise eine bewegliche Wand der Kammer bilden. Desweiteren kann der Bremssattel mit geeigneten Mitteln mit einer Bremsbetätigung gekoppelt sein. Eine solche Bremsbetätigung kann beispielsweise ein Bremspedal sein. Zwischen Bremspedal und Aktuatorelement kann beispielsweise ein Bremskraftverstärker angeordnet sein.
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Erfindungsgemäß ist an dem Aktuatorelement wenigstens ein Vorsprung oder Rücksprung angeordnet, der durch einen zusätzlichen Antrieb betätigbar ist oder der als Antrieb asugebildet ist. Auf diese Weise kann das Aktuatorelement nicht nur durch die fluidischen Mittel betätigt werden, sondern auch durch den zusätzlichen Antrieb.
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Durch die Anordnung des zusätzlichen Antriebs an ein und demselben Aktuatorelement wird die Steigerung der Komplexität des erfindungsgemäßen Bremssattels in Grenzen gehalten. Der zusätzliche Antrieb bewirkt eine Erhöhung der Aktuatorkraft des Bremsbelagaktuators und somit eine schnellere Reaktion des Aktuatorelements. Die Schwellzeit wird damit reduziert.
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Zusätzlich kann der zusätzliche Antrieb derart ausgebildet sein, dass er weniger träge ist als ein fluidisch betätigtes Aktuatorelement, wodurch eine gute Voraussetzung für eine aktive Verhinderung oder Verminderung von Bremsenquietschen geschaffen ist.
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Gemäß einer ersten möglichen weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Aktuatorelement ein Bremskolben ist. Ein solcher Bremskolben ist in vielen Bremssätteln vorgesehen und ein entsprechender Bremssattel gut erprobt.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Vorsprung ein Flansch ist. Auf diese Weise lässt sich die Ausrichtung des Aktuatorelements relativ zum zusätzlichen Antrieb einfacher erreichen.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Vorsprung ein Dichtring ist. Ein solcher Dichtring ist bei herkömmlichen Aktuatorelementen oder Bremszylindern ohnehin vorgesehen.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich der Vorsprung an einer in einem Bremssattelgehäuse des Bremssattels angeordeten Ringnut abstützt. Eine solche Abstützung kann direkt oder indirekt erfolgen.
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Die Ringnut kann gegenüber herkömmlichen Ringnuten erweitert sein, um Platz für den zusätzlichen Antrieb zu schaffen.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann der zusätzliche Antrieb wenigstens ein Piezoelement oder einen Elektromagneten aufweisen. Solche Piezoelemente oder Elektromagnete sind vergleichsweise kompakt, können elektrisch angesteuert werden und reagieren verglichen mit dem fluidischen Antrieb sehr schnell. Die Schnelligkeit, mit der Piezoelemente oder Elektromagneten auslenkbar sind, erlaubt neben eines schnelleren Aufbaus des Bremsdruckes eine Überlagerung des mittels des Fluids aufgebrachten Grundbremsdruckes mit hochfrequenten Bremsdruckmodulationen in beliebigen Phasenlagen, sodass hierdurch Bremsenquietschen erzeugenden Vibrationen wirksam entgegengewirkt werden.
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Eine Aktivierung dieses wenigstens einen elektrisch angesteuerten Elements kann beispielsweise über einen bereits ohnehin vorgesehenen Bremslichtschalter erfolgen.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann ein Schwingungsaufnehmer, beispielsweise ein Mikrofon, vorgesehen sein, mithilfe dessen von der Bremse emittierte Geräusche erkannt werden können. Mithilfe des Schwinungsaufnehmers kann ein Regelkreis zur Ansteuerung des zusätzlichen Antriebes gespeist werden.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Bremssattel ein Scheibenbremssattel ist. Bei Scheibenbremssätteln ist die Erfindung besonders hilfreich umzusetzen.
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Eine Anordnung eines Piezoelements oder eines Elektromagnetes im Bremssattel erlaubt die Auslegung desselben als permanentes Bauteil und nicht als Verschleißteil, wodurch eine Bremsenwartung wesentlich günstiger wird, als wenn ein solches Element in einem Verschleißteil angeordnet wird.
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Gemäß einem ersten unabhängigen Erfindungsgedanken ist ein Verfahren zur Verminderung von Bremsgeräuschen mittels eines Bremssattels, insbesondere mittels eines Bremssattels nach einem der voranbeschriebenen Erfindung, offenbart, bei dem wenigstens ein in dem Bremssattel angeordneter Bremsbelag oder wenigstens ein zusätzlich zu einem fluidisch betätigbaren Aktuatorelements vorgesehener Antrieb betätigt wird.
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Dieser zusätzlich vorgesehene Antrieb kann derart betätigt werden, dass einer Geräuschbildung entgegengewirkt wird, indem der zusätzliche Antrieb Bremsenschwingungen unterdrückt, beispielsweise durch außerphasige Anregung und Überlagerung des Bremsdrucks aus dem fluidisch betätigbaren Aktuatorelement mit einem von dem zusätzlichen Antrieb erzeugten Bremsdruck.
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Gemäß einer ersten möglichen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Bremsbelag mittels des zusätzlichen Antriebs mit einer Anregungsfrequenz angeregt wird. Dieser Anregungsfrequenz kann eine geeignete Phasenlage und Amplitude aufweisen.
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Gemäß einer weiteren möglichen weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass Geräusche erzeugende Schwingungen mittels eines Schwingungsaufnehmers erfasst werden und der zusätzliche Antrieb mittels des Messsignals des Schwingungsaufnehmers geregelt wird. Ein solcher Schwingungsaufnehmer kann ein entsprechender Sensor oder ein Mikrofon sein.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigen schematisch:
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1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Bremssattel;
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2 ein vergrößerter Ausschnitt des erfindungsgemäßen Bremssattels aus 1;
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3 ein Diagramm zur Visualisierung des zeitlichen Zusammenhangs zwischen Bremsdruck und Bremsmoment sowie
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4 den Einfluss der Verwendung eines zusätzlichen Antriebs auf die Schwingungsamplitude des Bremsensystems.
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1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Bremssattel 2. Der Bremssattel 2 umgreift eine Bremsscheibe 4.
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Die Bremsscheibe 4 kann mittels zweier Bremsbeläge 6, 8 abgebremst werden, die zu diesem Zweck auf die Bremsscheibe 4 zu bewegt werden und gegen diese reiben. Dabei wird kinetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt und ein entsprechend ausgestattetes Fahrzeug abgebremst.
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Der dargestellte Bremssattel 2 ist als sogenannter schwimmend gelagerter Bremssattel ausgeführt, bei dem Aktuatoren nur auf einer Seite der Bremsscheibe 4 angeordnet sind und der relativ zur Bremsscheibe 4 axial verschiebbar ist. Die Erfindung ist jedoch auch auf feststehende Bremssättel mit Aktuatoren beiderseits einer Bremsscheibe anwendbar.
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Der Bremsbelag 8 ist in einer Bremsbelagaufnahme 10 angeordnet. Die Bremsbelagaufnahme 10 ihrerseits ist Teil eines Bremskolbens 12. Ein Bremssattelgehäuse 14 bildet mit dem Bremskolben 12 eine Fluidkammer 16, über die mittels eines Anschlusses 18 ein entsprechendes Fluid, beispielsweise Bremsflüssigkeit, in die Fluidkammer 16 geleitet werden kann, wodurch der Bremskolben 12 axial in Richtung Bremsscheibe 4 verstellt wird.
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Durch die schwimmende Lagerung des Bremssattels 2 wird ein Druck des Bremsbelags 8 auf die Bremsscheibe 4 in eine axiale Bewegung umgesetzt, bis eine entsprechende Gegenkraft durch Druck des Bremsbelags 6 auf die Bremsscheibe 4 von der anderen Seite ausgeglichen ist.
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Wie in der vergrößerten Darstellung in 2 besser sichtbar, ist der Bremskolben 12 mittels eines Dichtrings 20 zum Bremssattelgehäuse 14 hin abgedichtet, um einen Austritt von Bremsfluid zu verhindern. Der Dichtring 20 ist in einer Ringnut 22 im Bremssattelgehäuse 14 angeordnet. Eine weitere Abdichtung des hydraulischen Systems findet durch einen Faltenbalg 24 statt.
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Die Ringnut 22 ist gegenüber einer herkömmlichen Ringnut erweitert, um den zur Unterbringung der zusätzlichen Aktorik notwendigen Platz zu schaffen.
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Erfindungsgemäß ist der Dichtring 20 als piezoelektrischer Aktuator ausgebildet, sodass mittels des Dichtrings 20 eine Kraft auf den Bremskolben 12 ausgeübt werden kann.
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Alternativ könnte statt eines piezoelektrischen Elements oder einer Gruppe von piezoelektrischen Elementen auch ein Elektromagnet vorgesehen sein, der den Bremskolben 12 axial betätigen kann.
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Das piezoelektrische Element 20 kann elektrisch angesteuert werden, wozu eine Verschaltung mit einem Bremslichtschalter in einem Bremspedal vorgesehen sein kann.
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In 1 ist des Weiteren ein Mikrofon 26 dargestellt, das von der Bremsanlage erzeugte Geräusche aufnehmen kann und das den piezoelektrischen Aktuator 20 entsprechend zu Schwingungen anregen kann, um den Bremsgeräuschen entgegenzuwirken.
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In 3 ist ein Diagramm dargestellt, das in gestrichelter Linie die zeitlichen Verhältnisse bei herkömmlichen Bremsanlagen zwischen Aufbau des Bremsdrucks und Aufbau eines Bremsmoments zeigt.
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Ab einer bestimmten Zeit, hier nach 0,4 Sekunden, wird durch den Fahrer eines Kraftfahrzeugs ein Bremsdruck aufgebaut, der nahezu linear ansteigt. Durch sogenannte Schwelleffekte im hydraulischen System einer Bremse besteht jedoch bis zum Aufbau eines Bremsmoments eine Zeitverzögerung von einer halben Sekunde, bevor die Bremse ein entsprechendes Bremsmoment aufgebaut hat. In diesem Zeitraum verändert sich die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs nahezu nicht.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Bremssattelanordnung 2 kann dieser Zeitverzug erheblich minimiert werden, da durch die Aktivierung des piezoelektrischen Aktuators die Schwellzeit erheblich verkürzt werden kann. Dies trägt zu einer vergrößerten Sicherheit bei.
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In 4 sind zwei Diagramme dargestellt. Im oberen Diagramm ist die Anregung eines piezoelektrischen Aktuators in einem Bremssystem gezeigt mit der jeweiligen Anregungsamplitude, in der unteren Darstellung ist die Amplitude eines Geräusche erzeugenden Bestandteils einer entsprechenden Bremse gezeigt.
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Es ist zu erkennen, dass die Amplitude dieser Geräusche erzeugenden Bestandteile des Bremsensystems kurz nach Aktivierung des piezoelektrischen Elements signifikant zurückgeht, die von der entsprechenden Bremse ausgehende Geräuschemission erheblich minimiert. Ein Bremsenquietschen lässt sich mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Systems daher wirksam reduzieren.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Bremssattel
- 4
- Bremsscheibe
- 6, 8
- Bremsbelag
- 10
- Bremsbelagaufnahme
- 12
- Bremskolben
- 14
- Bremssattelgehäuse
- 16
- Fluidkammer
- 18
- Anschluss
- 20
- Piezoelektrischer Aktuator
- 22
- Ringnut
- 24
- Faltenbalg
- 26
- Mikrofon
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19818156 A1 [0006]
- DE 102012011500 A1 [0007]
