DE102016104351B4

DE102016104351B4 - Aus Gusseisen bestehender Bremssattel einer Scheibenbremse sowie Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels

Info

Publication number: DE102016104351B4
Application number: DE102016104351.6A
Authority: DE
Inventors: Tobias Fischl
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2036-03-11
Also published as: DE102016104351A1

Abstract

Aus Gusseisen bestehender Bremssattel (1) einer Scheibenbremse, mit einem Sattelgehäuse (2) und mindestens einer, darin verschiebegesichert gehaltenen Gleitbuchse (7), in der ein mit einem Bremsträger (3) verbundener Führungsholm (9) gleitend führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitbuchse (7) stoffschlüssig mit dem Sattelgehäuse (2) verbunden ist, wobei die Gleitbuchse (7), zumindest in einem axialen Teilbereich von dem Sattelgehäuse (2) umgossen ist und das Sattelgehäuse (2) aus Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) und die Gleitbuchse (7) aus Gusseisen mit Lamellengraphit (GJL) gebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen aus Gusseisen bestehenden Bremssattel einer Scheibenbremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Der Bremssattel einer Scheibenbremse, insbesondere einer Schiebesattel-Scheibenbremse, dient der Aufnahme von Funktionsteilen, beispielsweise einer Zuspanneinrichtung, die in einem durch einen Verschlussdeckel verschließbaren Aufnahmeraum des Bremssattels angeordnet ist.
Diese Zuspanneinrichtung weist einen pneumatisch oder elektromotorisch betätigbaren Bremshebel auf, der bei Betätigung auf eine Brücke einwirkt, die verschieblich im Bremssattel gelagert ist und in der Stellspindeln positioniert sind, mittels derer ein zuspannseitiger Bremsbelag gegen eine fahrzeugseitige Bremsscheibe pressbar ist.
Zur Verschiebung in Achsrichtung der Bremsscheibe ist der Bremssattel auf Führungsholmen gelagert, die mit einem ortsfesten Bremsträger verbunden sind, wobei die Führungsholme in in Lagerbohrungen des Bremssattels verschiebegesichert gehaltenen Gleitbuchsen gleitend geführt sind, so dass die Kombination Führungsholm/Gleitbuchse jeweils ein Gleitlager bilden.
Eines der Gleitlager ist als Loslager und das andere als Festlager ausgebildet, letzteres gegenüber dem Loslager in seiner Länge größer dimensioniert, da es die beim Bremsen auftretenden Umfangskräfte zu einem wesentlichen Teil aufnimmt.
Um ein einwandfreies Gleiten des Bremssattels auf den Führungsholmen zu gewährleisten, sind die Gleitbuchsen aus einem geeigneten Gleitlagermaterial hergestellt, wie Messing, Bronze oder dergleichen. In jedem Fall sind die Gleitbuchsen, wie erwähnt, verschiebegesichert im Bremssattel gehalten, z.B. durch Einpressen in die Lagerbohrung, wozu die Bauteilpaarung im Sinne einer Presspassung bereitgestellt sein muss.
Allerdings ist diese Konstruktion mit einigen Nachteilen behaftet, zu deren Beseitigung zum Teil ein entsprechend hoher Aufwand erforderlich ist.
Abgesehen davon, dass das Gleitlagermaterial, sprich das genannte Buntmetall, relativ teuer ist, sind zur dauerhaften Verschiebesicherung der Gleitbuchsen diverse Maßnahmen erforderlich, um ein Lösen der Presspassung im Dauerbetrieb der Bremse zu vermeiden.
In der DE 20 45 414 C3 wird zur Herstellung eines Gleitlagers die Verwendung von Gusseisen mit Lamellengraphit vorgeschlagen, da damit eine hohe Schmierfähigkeit erreicht wird.
Aus der DE 20 2010 011 588 U1 ist ein Bremssattel aus Gusseisen mit Kugelgraphit bekannt, der zur verschieblichen Lagerung mittels Gleitlagern an einem Bremsträger gehalten ist. Die WO 2006/ 044 713 A2 thematisiert einen Bremssattel aus Aluminiumguss, in den Gleithülsen aus Stahl eingebettet sind.
In der DE 40 20 669 A1 ist ein gegossener Bremssattel beschrieben, mit einem Stahlrohr als Gleitlager, das beim Gießen des Bremssattels von dem Gussmaterial umschlossen wird. Der DE 10 2007 001 213 A1 ist zu entnehmen, dass eine Lagerhülse mit einem Bremssattel verklebt sein kann. Schließlich wird in der EP 2 823 916 A1 die Herstellung eines Verbundgussteils beschrieben, wobei ein Einlegeteil stoffschlüssig mit Gussmaterial verbunden ist.
Insgesamt ergibt sich also hinsichtlich der Fertigung und des Betriebs des Bremssattels eine nachteilige Kostensituation, die den steten Forderungen nach einer Kostenoptimierung entgegensteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bremssattel der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass er einfacher und kostengünstiger herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Bremssattel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Herstellung eines solchen Bremssattels erfolgt mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 4.
Dadurch, dass die Gleitbuchse gemäß der Erfindung stoffschlüssig mit dem Sattelgehäuse verbunden ist, sind keine Befestigungsmaßnahmen wie beim Stand der Technik erforderlich. Überdies ist ein Lösen der Gleitbuchse auch im Dauerbetrieb ausgeschlossen. Dabei erfolgt der Stoffschluss im Anlagebereich der Wandung der Lagerbohrung mit der diese überdeckenden Mantelfläche der Gleitbuchse.
Üblicherweise besteht das Sattelgehäuse aus Gusseisen mit Kugelgraphit, bei dem Kohlenstoff in Form von kugelförmigem Graphit vorliegt. Dieses Material zeichnet sich durch eine mit Stahl vergleichbare Festigkeit sowie eine hohe Zähigkeit und Zugfestigkeit aus, allesamt Eigenschaften, die für die Funktion des Bremssattels gewünscht, ja geradezu erforderlich sind.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Bremssattels sieht vor, dass die Gleitbuchse aus Gusseisen mit Lamellengraphit besteht, mit einem Stoffschluss auf Gefügeebene.
Dazu wird, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei der Herstellung des Bremssattels in eine vorbereitete Gussform, insbesondere eine Sandform zur Ausbildung des Sattelgehäuses, die vorgefertigte, damit als Festkörper vorliegende aus Gusseisen mit Lamellengraphit (GJL) bestehende Gleitbuchse eingelegt und danach das flüssige Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) in die Gussform gegossen.
Da beide Gusseisen ähnliche Schmelztemperaturen aufweisen, wird die äußere Mantelfläche der Gleitbuchse im Kontaktbereich mit dem angegossenen Gusseisen angeschmolzen, wobei in diesem Bereich das flüssige Gusseisen durch den großen Temperaturunterschied zuerst erstarrt. Daraus ergibt sich ein sehr feinkörniges Gefüge im Verbindungsbereich mit äußerst wenigen Gefügefehlern.
Durch die Verschmelzung beider Gusseisen wird eine unlösbare stoffliche Verbindung zwischen der Gleitbuchse und dem Sattelgehäuse erreicht, so dass ein Lösen der Gleitbuchse vom Sattelgehäuse ausgeschlossen ist.
Überdies kann auf den Einsatz einer Gleitbuchse aus einem geeigneten Gleitmaterial, beispielsweise dem zum Stand der Technik erwähnten Buntmetall, verzichtet werden, woraus sich eine durchaus bemerkenswerte Kostenersparnis ergibt.
Die Materialeigenschaften des Gusseisens mit Lamellengraphit sind uneingeschränkt geeignet für die Funktion einer Gleitbuchse, wozu insbesondere gute Selbstschmiereigenschaften zählen, ebenso wie schwingungsdämpfende Eigenschaften und eine hohe Druckbelastbarkeit, was vor allem beim Einsatz der Gleitbuchse im Bereich des Festlagers wichtig ist.
Um die Materialeigenschaften im Sinne einer Bedarfsoptimierung zu beeinflussen, können bei der Herstellung der Gleitbuchse Legierungsbestandteile zugesetzt werden oder nach dem Gießen Wärmebehandlungen durchgeführt werden.
Die Selbstschmiereigenschaften werden dadurch verbessert, dass die Wandung der den Führungsholm aufnehmenden Bohrung der Gleitbuchse spanend bearbeitet wird, wobei die Graphitlamellen angeschnitten werden, so dass Mikro-Hohlräume entstehen zur Aufnahme von Schmiermitteln.
Eine spanende Bearbeitung der Wandung ist im Übrigen insofern sinnvoll als dadurch eine optimierte Gleitfläche zum Führungsholm geschaffen ist.
Für den Fall, dass die Gleitfläche der Gleitbuchse betriebsbedingt nicht mehr den Anforderungen entspricht, d.h. verschlissen ist, kann die Axialbohrung der Gleitbuchse so weit spanend bearbeitet werden, dass eine separate Gleitbuchse, wie bisher aus Buntmetall, eingesetzt werden kann, wobei dann gegebenenfalls ein im Durchmesser kleinerer Führungsholm als Gleitpartner einzusetzen ist.
Denkbar ist aber auch, die verschlissene Gleitfläche der Gleitbuchse so weit abzutragen, dass die erforderliche Gleitfähigkeit wieder hergestellt wird. In diesem Fall ist ein im Durchmesser größerer und an den vergrößerten Innendurchmesser der Gleitbuchse angepasster Führungsholm einzusetzen.
Die Erfindung ist im Übrigen sowohl bei der Ausstattung des Bremssattels mit lediglich einem Gleitlager wie auch mit zwei Gleitlagern realisierbar, wobei letztere als Los- und Festlager fungieren, jeweils zumindest hinsichtlich der Länge der Gleitbuchse unterschiedlich.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:

1 eine Scheibenbremse nach dem Stand der Technik in einer teilweise geschnittenen Draufsicht Figuren
2 und 3 jeweils einen Teilausschnitt eines erfindungsgemäßen Sattelgehäuses der Scheibenbremse, gleichfalls in einer geschnittenen Draufsicht.

In der 1 ist eine Scheibenbremse, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, nach dem Stand der Technik abgebildet, mit einem eine Bremsscheibe 4 übergreifenden Bremssattel 1, der ein aus Gusseisen bestehendes Sattelgehäuse 2 aufweist und der über zwei Gleitlager, von denen eines als Festlager 5 und das andere als Loslager 6 ausgebildet ist, bezogen auf die Bremsscheibe 4 axial verschiebbar gelagert ist.
Im Sattelgehäuse 2 ist eine Zuspanneinrichtung 8 angeordnet, mittels der bei einer Bremsung Bremsbeläge 11 beidseitig an die Bremsscheibe 4 anpressbar sind.
Die beiden Gleitlager, also das Festlager 5 und das Loslager 6, weisen jeweils eine Gleitbuchse 7 auf, die verschiebegesichert im Sattelgehäuse 2 gelagert sind und die aus einem gegenüber dem Sattelgehäuse 2 unterschiedlichen Material bestehen, üblicherweise einem Buntmetall mit entsprechenden Gleiteigenschaften.
In der Gleitbuchse 7 ist ein Führungsholm 9 gleitend geführt, der mittels einer Schraube 10 an einem ortsfesten Bremsträger 3 befestigt ist.
Zur Aufnahme der Gleitbuchse 7 des Festlagers 5 weist das Sattelgehäuse 2 einen angeformten Stutzen 12 auf, um so eine zur Aufnahme auftretender Belastungen ausreichende Längendimensionierung des Festlagers 5 zu erhalten.
In der 2 ist in einem Teilausschnitt des Bremssattels 1 das Festlager 5 dargestellt, während in 3, gleichfalls in einem Teilausschnitt des Bremssattels 1, das Loslager 6 dargestellt ist.
Gemäß der Erfindung ist die Gleitbuchse 7 jeweils stoffschlüssig mit dem Sattelgehäuse 2 verbunden, wobei die Gleitbuchse 7 aus Gusseisen mit Lamellengraphit und das Sattelgehäuse 2 aus Gusseisen mit Kugelgraphit besteht.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Bremssattel 1 dadurch hergestellt, dass, bezogen auf das Ausführungsbeispiel nach den 2 und 3, in eine Gussform zur Ausbildung des Sattelgehäuses 2 die als Festkörper vorliegenden, vorgefertigten Gleitbuchsen 7 aus Gusseisen mit Lamellengraphit (GJL) eingelegt und anschließend das flüssige Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) in die Gussform gegossen wird.
Da beide Gusseisen einen gleich hohen oder nahe beieinander liegenden Schmelzpunkt besitzen, kommt es beim Angießen des Gusseisens mit Kugelgraphit zu einer Anschmelzung im Bereich der gemeinsamen Kontaktflächen, die lediglich zur Veranschaulichung in Volllinie mit dem Bezugszeichen 13 versehen abgebildet sind.
Durch dieses Anschmelzen und anschließendes Erstarren im Kontaktbereich 13 entsteht eine Gefügeverbindung, wobei die Gleitbuchse 7 im Wesentlichen unbeeinflusst bleibt, so dass die sich aus dem Gusseisen mit Lamellengraphit ergebenden Vorteile bezüglich der Gleitfähigkeit zum Führungsholm 9 uneingeschränkt erhalten bleiben.
Durch eine nachfolgende spanende Bearbeitung der den Führungsholm 9 aufnehmenden Axialbohrung der Gleitbuchsen 7 wird die den Führungsholm 9 kontaktierende Wandung der Axialbohrung für eine optimale Gleitfähigkeit bereitet.
Wie aus der 2 sehr deutlich hervorgeht, ist der an das Sattelgehäuse 2 angeformte Stutzen 12 durch die Gleitbuchse 7 gebildet, wobei diese als vorgefertigter Festkörper entweder vollständig abgekühlt oder noch erwärmt in die Gussform eingelegt wird.
Bezugszeichenliste

1: Bremssattel
2: Sattelgehäuse
3: Bremsträger
4: Bremsscheibe
5: Festlager
6: Loslager
7: Gleitbuchse
8: Zuspanneinrichtung
9: Führungsholm
10: Schraube
11: Bremsbelag
12: Stutzen
13: Kontaktfläche

Claims

Aus Gusseisen bestehender Bremssattel (1) einer Scheibenbremse, mit einem Sattelgehäuse (2) und mindestens einer, darin verschiebegesichert gehaltenen Gleitbuchse (7), in der ein mit einem Bremsträger (3) verbundener Führungsholm (9) gleitend führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitbuchse (7) stoffschlüssig mit dem Sattelgehäuse (2) verbunden ist, wobei die Gleitbuchse (7), zumindest in einem axialen Teilbereich von dem Sattelgehäuse (2) umgossen ist und das Sattelgehäuse (2) aus Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) und die Gleitbuchse (7) aus Gusseisen mit Lamellengraphit (GJL) gebildet sind.
Bremssattel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche der Gleitbuchse (7) zum Führungsholm (9) spanend bearbeitet ist, unter Bildung von Mikro-Öffnungen durch Anschneiden des Lamellengraphits zur Aufnahme von Schmiermittel.
Bremssattel nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Ausbildung eines Festlagers (5) ein an das Sattelgehäuse (2) angeformter Stutzen (12) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (12) durch die Gleitbuchse (7) gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (1) mit einem aus Gusseisen bestehenden Sattelgehäuse (2) sowie mindestens einer darin verschiebegesichert gehaltenen Gleitbuchse (7), dadurch gekennzeichnet, dass in eine Gussform zur Ausbildung des Sattelgehäuses (2) eine aus Gusseisen mit Lamellengraphit vorgefertigte Gleitbuchse (7) eingelegt und danach zur Ausbildung des Sattelgehäuses (2) flüssiges Gusseisen mit Kugelgraphit in die Gussform gegossen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entformen des Bremssattels (1) eine Axialbohrung der Gleitbuchse (7) spanend bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in bei der spanenden Bearbeitung gebildete Mikroporen der Wandung der Axialbohrung Schmiermittel eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgefertigte und erstarrte Gleitbuchse (7) vollständig abgekühlt oder in erwärmtem Zustand in die Gussform eingelegt wird.