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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Bremsklotz für eine Bremsanlage, und zwar insbesondere für eine Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs.
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Beschreibung des Standes der Technik
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In Kraftfahrzeugen werden als Bremsanlage heute überwiegend Scheibenbremsen eingesetzt, bei denen die Bremsverzögerung durch das Zusammenwirken einer auf der Radnabe befestigten Bremsscheibe und eines im Bremssattel liegenden Bremsklotzes erzeugt wird. Der Bremsklotz umfasst üblicherweise eine Rückenplatte und einen darauf befestigten Bremsbelag, der beim Bremsen von einem Kolben an die Bremsscheibe gedrückt wird.
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In einer solchen Bremsanlage können sich Schwingungen zwischen sich berührenden oder fest miteinander verbundenen Bauteilen übertragen. Diese Schwingungen sind unerwünscht, da sie Schall erzeugen und somit störende Geräusche, z.B. Bremsenquietschen, verursachen. Der Fahrkomfort wird durch solche Geräusche erheblich reduziert.
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Diese Schwingungen entstehen meistens im Bremsbetrieb zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe. Im Bremsbetrieb wird hydraulisch der Kolben eines an der Radführung befestigten Bremssattels mittelbar oder unmittelbar gegen die dem Bremsbelag abgewandte Seite der Rückenplatte gedrückt. Häufig wirkt auf den Bremsklotz nicht nur ein, sondern mehrere Kolben ein.
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Die Kraft, die auf die Rückenplatte wirkt, bewirkt eine Bewegung der Rückenplatte normal zur Bremsscheibe. Der Bremsbelag, der an der Rückenplatte befestigt ist, wird schließlich gegen die Bremsscheibe gepresst, wodurch eine Reibkraft zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe entsteht. Diese Reibkraft setzt die Rotationsenergie des Fahrzeugrades in Wärme um, wodurch das Kraftfahrzeug abgebremst wird.
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Durch den geschlossenen Schwingungspfad, der im oben beschriebenen Betrieb entsteht, können Schwingungen, die von der Bremsscheibe auf den Bremsbelag übertragen werden, über den Bremssattel bis an die Fahrzeugkarosserie geleitet werden. Die Fahrzeugkarosserie wiederum überträgt den Körperschall auf die umgebende Luft, was als lautes Bremsenquietschen, brummen oder summen wahrnehmbar ist.
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In einem nicht bremsenden Betrieb können ebenfalls Schwingungen und damit Schall erzeugt werden. Wenn die Bremse nicht betätigt ist, sind die Kolben der Bremsanlage derart zurückgefahren, dass der Bremsbelag die Bremsscheibe möglichst nicht berührt. In diesem Zustand hat die Rückenplatte einschließlich des Bremsbelags - anders als im fixierten Zustand im Bremsbetrieb - sehr viele Bewegungsfreiheitsgrade. Dabei können Schwingungen, die z.B. von der Fahrzeugkarosserie auf den Bremssattel übertragen werden, weiter an die Rückenplatte geleitet werden. Durch die schwingende Wechselwirkung zwischen der Rückenplatte und dem Bremssattel können ebenfalls unerwünscht Geräusche entstehen.
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Um die Schwingungsübertragung zwischen diesen Bauteilen zu unterbrechen, weisen aus dem Stand der Technik bekannte Bremsklötze Dämpfungselemente auf. Die Dämpfungselemente werden meist durch eine elastische Schicht oder eine elastische Platte gebildet, die einseitig oder beidseitig auf der Rückenplatte angeordnet ist. Diese elastische Schicht oder Platte besteht meist aus Kautschuk oder einem anderen Elastomer. Die Schwingungsenergie wird in der elastischen Schicht durch innere Reibung in Wärme umwandelt.
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Aus der
DE 690 08 860 T2 ist eine solche Gummischicht aus Kautschuk als Dämpfungselement bekannt. Nachteilig sind bei solchen Gummischichten, dass das Setzungsverhalten des Gummis zu einer mit der Zeit nachlassenden Dämpfungswirkung führt. Beim Bremsen wird nämlich der Kolben des Bremssattels gegen die Gummischicht der Bremsbeläge gepresst, was zu einer hohen Flächenpressung auf die Gummischicht führt. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Gummischicht nicht mehr vollständig elastisch bleibt, sondern sich plastisch verformt. Unter dem Einfluss hoher Temperaturen, die beim Bremsvorgang entstehen, wird die Schädigung des Elastomers verstärkt. Dadurch können Schwingungen in der Bremsanlage nicht mehr wirkungsvoll gedämpft werden, was in der Regel mit störenden Geräuschen einhergeht.
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Die Dämpfungselemente einer solchen Bremsanlage müssen hohen Drücken und Temperaturen standhalten und sollten öl- und lösungsmittelbeständig sein. Bemühungen, das Setzungsverhalten der Dämpfungselemente zu reduzieren und gleichzeitig eine hohe Temperatur- und Druckbeständigkeit der Dämpfungselemente zu erzielen, sind aus der
DE 692 113 255 bekannt. Allerdings ist das Herstellverfahren der dort beschriebenen Beschichtung sehr aufwändig.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist es deswegen, einen Bremsklotz anzugeben, der besonders robust ist und schwingungsdämpfende Eigenschaften hat, die auch über einen langen Zeitraum hinweg nicht wesentlich nachlassen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Bremsklotz für eine Bremsanlage gelöst, der einen Bremsbelag und eine Rückenplatte umfasst, an welcher der Bremsbelag angebracht ist. Erfindungsgemäß weist der Bremsklotz ein Ganzmetallkissen auf, das auf einer dem Bremsbelag gegenüberliegenden Seite der Rückenplatte angeordnet ist.
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Ganzmetallkissen werden aus einem Drahtgestrick gefertigt und weisen hartelastische Eigenschaften auf. Dadurch sind die Ganzmetallkissen über sehr lange Zeit elastisch verformbar, ohne dass sie durch wiederholtes Bremsen plastische Verformungen erleiden, die das Dämpfungsverhalten verschlechtern.
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Das Ganzmetallkissen kann unmittelbar zwischen dem Kolben des Bremssattels und der Rückenplatte angeordnet sein. Der Anpressdruck bei einem Bremsvorgang wird hydraulisch, elektrisch oder mechanisch an dem Kolben des Bremssattels aufgebaut. Die Anpresskraft des Kolbens des Bremssattels wird dann direkt auf das Ganzmetallkissen ausgeübt und auf die Rückenplatte einschließlich Bremsbelag übertragen. Das Ganzmetallkissen weist im Gegensatz zu den im Stand der Technik bekannten Gummischichten nahezu kein Setzungsverhalten auf, sodass sich ein kleinflächiges Aufbringen der von den Kolben erzeugten Kraft direkt auf das Ganzmetallkissen nicht nachteilig auf das langfristige Dämpfungsverhalten des Bremsklotzes auswirkt.
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Bei bestimmten Anwendungen, etwa Bremsanlagen mit nur einem Kolben, kann es dennoch günstiger sein, auf einer der Rückenplatte abgewandten Seite des Ganzmetallkissens eine Zusatzplatte zur gleichmäßigen Lastverteilung auf das Ganzmetallkissen anzuordnen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Ganzmetallkissen mittels eines Vorspannelements dauerhaft komprimiert. Das Ganzmetallkissen wird beim Anpressen des Bremsbelags an eine Bremsscheibe der Bremsanlage stark komprimiert. In diesem Zustand können Schwingungen, die von der Bremsscheibe auf den Bremsbelag übertragen werden, sehr effektiv schwingungsdämpfend in dem Ganzmetallkissen in Wärme umgewandelt werden, um den Schwingungspfad zu unterbrechen.
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Beim Beenden des Bremsvorgangs wird der hydraulische Anpressdruck gelöst. Dabei bewegen sich die Kolben des Bremssattels weg von der Bremsscheibe in ihre ursprüngliche Position vor dem Bremsbetrieb. Dabei entformt sich das Ganzmetallkissen in seinen nicht komprimierten Zustand und dehnt sich aus. Infolge dieser Ausdehnung verlängert sich jedoch der Weg, entlang dem sich der Kolben bewegen muss, um eine Berührung zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe zu vermeiden. Deshalb kann es vorteilhaft sein, das Ganzmetallkissen vorzuspannen, d.h. das Ganzmetallkissen im nicht bremsenden Betrieb zu komprimieren. Auf diese Weise kann sich das Ganzmetallkissen nach einem Bremsvorgang nicht mehr so weit ausdehnen. Dadurch verkürzt sich der Weg, den der Kolben zurücklegen muss, um in seine Ausgangsposition zu gelangen.
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Wenn eine Zusatzplatte vorhanden ist, so wirkt das Vorspannelement vorzugsweise direkt auf diese ein. Alternativ hierzu kann auch eine andere Platte vorgesehen sein, die sich zwischen dem Ganzmetallkissen und der Zusatzplatte befindet und auf welche das Vorspannelement einwirkt. Ferner ist es denkbar, das Ganzmetallkissen bei der Montage an den Bremssattel von Hand vorzuspannen, indem der Bremsklotz von Hand gegen den Bremssattel gedrückt wird. Wenn dabei ein Halteelement, das direkt und steif mit der Rückenplatte verbunden ist, in dem Kolben einrastet, wird das Ganzmetallkissen durch die zwischen dem Kolben und der Rückenplatte wirkenden Zugkräfte vorgespannt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Vorspannelement eine Niete. Das hat den Vorteil, dass das Vorspannelement gleichzeitig das Ganzmetallkissen mit der Rückenplatte verbindet. Des Weiteren kann das Vorspannelement eine Spannklammer sein. Dadurch muss die Rückenplatte nicht durch Setzen von Durchgangsbohrungen o.ä. modifiziert werden, um das Vorspannelement anzubringen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Halteelement zum Befestigen des Bremsklotzes an dem Kolben eines Bremssattels vorgesehen, wobei das Halteelement durch einen Teil des Ganzmetallkissens gebildet wird. Die im Stand der Technik bekannten Bremsklötze mit Gummischichten haben als Halteelement in der Regel eine flexible Klammer, welche die Rückenplatte mit dem Kolben des Bremssattels verbindet. Die schwingungsdämpfende Gummischicht ist an der Verbindungsstelle der Klammer mit der Rückenplatte unterbrochen, sodass die Klammer unmittelbar mit der Rückenplatte verbunden ist. Die schwingungsdämpfenden Eigenschaften aufgrund der Elastizität der Klammer werden bisher als ausreichend angesehen, um den Schwingungspfad zu dem Kolben zu unterbrechen. Wenn in der erfindungsgemäßen Weise das Haltelement Teil des Ganzmetallkissens ist, werden gegenüber den bisherigen Halteelementen deutlich bessere schwingungsdämpfende Eigenschaften erzielt. Außerdem vereinfachen sich der Aufbau und die Herstellung eines solchen Bremsklotzes, da kein separates Halteelement an der Rückenplatte befestigt werden muss.
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Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn das als Teil des Ganzmetallkissens ausgebildete Haltelement in den Kolben einpressbar ist und eine zumindest im Wesentlichen zylindrische Form aufweist. Dabei kann insbesondere eine Übergangspassung mit leichtem Übermaß vorgesehen sein, um eine schnelle und stabile Montage des Bremsklotzes von Hand zu ermöglichen. Durch die stärkere Fixierung des Bremsklotzes im Kolben im Vergleich zu der zuvor beschriebenen und im Stand der Technik bekannten flexiblen Klammer wird der Bremsklotz weniger zu Schwingungen angeregt. Dies führt zu kleineren Relativbewegungen zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe und dadurch zu einem effektiveren Bremsverhalten. Weiter dämpft ein solches vergleichsweise großvolumiges Halteelement Schwingungen besonders wirkungsvoll.
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Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn das Haltelement den Kolben nur teilweise ausfüllt. Wie bereits beschrieben, wird das Ganzmetallkissen beim Anpressen des Bremsbelags an eine Bremsscheibe der Bremsanlage stark komprimiert. Beim Beenden des Bremsvorgangs entformt sich das Ganzmetallkissen in seinen nicht komprimierten Zustand und dehnt sich aus. Wenn der als Halteelement fungierende Teil das Ganzmetallkissens den Kolben nicht nur teilweise, sondern vollständig ausfüllt, würde sich die Ausdehnung des gesamten Ganzmetallkissens vergrößern. Dieser Effekt kann auch nicht durch ein Vorspannelement verhindert werden, da das Vorspannelement nicht ohne weiteres den vom Kolben umschlossenen Teil des Ganzmetallkissens einfassen kann. Daher ist es günstiger, wenn das Halteelement nur so weit in den Kolben hineinreicht, wie dies zur Erfüllung der Haltefunktion unbedingt notwendig ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist der als Halteelement fungierende Teil des Ganzmetallkissens als Halteclip zum Arretieren in dem Kolben ausgebildet. Ein solcher Halteclip ist kostengünstiger herstellbar als der oben beschriebene und in den Kolben einpressbare zylindrische Abschnitt, da bei einem solchen Abschnitt die Fertigungstoleranzen wegen der Übergangspassung klein sein sollten. Ein und derselbe Halteclip hingegen kann in Kolben mit unterschiedlichen Querschnitten arretiert werden. Durch den geringeren Materialaufwand fallen zudem geringere Herstellungskosten an. Eine Vorspannung ist für diese Ausführungsform nicht notwendig.
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Bei einer anderen Ausgestaltung ist der Halteclip zwar als Ganzmetallkissen ausgebildet, aber nicht Teil des zwischen dem Kolben und der Rückenplatte angeordneten Ganzmetallkissens. Ein solches separates und als Halteclip ausgebildetes Ganzmetallkissen ist vorzugsweise direkt mit der Rückenplatte verbunden. Ein so ausgebildeter Halteclip erzeugt eine Vorspannung und wirkt gleichzeitig schwingungsdämpfend.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßer Bremsklotz gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht und in einem Schnitt entlang der Linie N-N;
- 2 ein erfindungsgemäßer Bremsklotz mit einer Zusatzplatte gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht und in einem Schnitt entlang der Linie N-N;
- 3 ein erfindungsgemäßer Bremsklotz gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit Vorspannelementen in einer Seitenansicht und in einem Schnitt entlang der Linie N-N;
- 4 ein erfindungsgemäßer Bremsklotz gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel mit Vorspannelementen in einer Seitenansicht und in einem Schnitt entlang der Linie N-N;
- 5 eine Bremsanlage mit einem erfindungsgemäßen Bremsklotz gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in einem axialen Schnitt mit einem Vergrößerungsausschnitt, wobei der Bremsklotz ein in einen Kolben der Bremsanlage eingepresstes Ganzmetallkissen hat;
- 6 einen Bremssattel mit einem erfindungsgemäßen Bremsklotz gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel in einem axialen Schnitt, wobei der Bremsklotz einen in einem Kolben der Bremsanlage arretierten Halteclip aus einem Ganzmetallkissen hat;
- 7 eine Bremsanlage mit einem erfindungsgemäßen Bremsklotz gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in einem axialen Schnitt.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Die 1 zeigt links in einer Seitenansicht und rechts in einem Schnitt entlang der Linie N-N einen Bremsklotz 10 mit einer Rückenplatte 11, an der einseitig ein Ganzmetallkissen 13 angebracht ist. Das Ganzmetallkissen 13 bedeckt im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der Rückenplatte 11, an der das Ganzmetallkissen 13 angebracht ist. Das Ganzmetallkissen kann jedoch auch einen kleineren Oberflächenbereich der Rückenplatte 11 bedecken.
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An der dem Ganzmetallkissen 13 abgewandten Seite der Rückenplatte 11 ist ein Bremsbelag 12 angebracht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Bremsbelag 12 eine Oberfläche, die frei von Öffnungen ist. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, Bremsbeläge zu verwenden, die Schlitze oder andere Öffnungen haben.
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Das Ganzmetallkissen 13 kann auf unterschiedliche Weise an der Rückenplatte 13 befestigt sein, insbesondere durch formschlüssige Verbindungsmittel, z.B. Nieten, aber auch durch Kleben oder Punktschweißen.
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Die 3 zeigt eine Variante des ersten Ausführungsbeispiels, bei dem zusätzliche Vorspannelemente 15 das Ganzmetallkissen 13 dauerhaft komprimieren. Das Ganzmetallkissen 13 ist hartelastisch verformbar und wird deshalb beim Anpressen des Bremsbelags an eine Bremsscheibe der Bremsanlage stark komprimiert. Beim Lösen des Anpressdrucks entformt sich das Ganzmetallkissen in seinen nicht komprimierten Zustand. Durch die zusätzlichen Vorspannelemente 13 wird die Ausdehnung des Ganzmetallkissens 13 beim Lösen der Bremse verringert. Die Vorspannelemente 15 können, wie in 3 dargestellt, Nieten sein, jedoch sind auch Spannklammern möglich. Die Spannklammern können z.B. an der Rückenplatte 11 und an dem Ganzmetallkissen 13 befestigt sein und diese relativ zueinander verspannen.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Die 2 zeigt die Anordnung aus dem ersten Ausführungsbeispiel der 1. Der Bremsklotz 10 weist jedoch eine Zusatzplatte 14 auf der der Rückenplatte 11 abgewandten Seite des Ganzmetallkissens 13 auf. Die Zusatzplatte 14 kann gegenüber der Anordnung aus dem ersten Ausführungsbeispiel vorteilhaft sein, weil sie eine gleichmäßigere Kraftverteilung der von dem Kolben 17 auf das Ganzmetallkissen 13 mittelbar ausgeübten Kraft bewirkt. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel kann eine dauerhafte Komprimierung des Ganzmetallkissens durch zusätzlich angeordnete Vorspannelemente 15 vorteilhaft sein, wie dies in der 4 dargestellt ist.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Die 5 zeigt in einem axialen Schnitt eine Bremsanlage 19 eines Kraftfahrzeugs mit einem Bremssattel 18, der teilweise eine Bremsscheibe 20 umgreift. Zwischen der Bremsscheibe 20 und dem Bremssattel 18 ist der Bremsklotz 10 mit der Rückenplatte 11 angeordnet, an der einseitig ein Ganzmetallkissen 13 angebracht ist. An der dem Ganzmetallkissen 13 abgewandten Seite der Rückenplatte 11 ist ein Bremsbelag 12 angebracht. Ein Teil des Ganzmetallkissens 13 ragt im Gegensatz zu dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel in den Kolben 17 hinein und füllt den Kolben 17 teilweise aus, wie dies in der 5 dargestellt ist. Bei sehr kurzen Kolben kann es jedoch günstiger sein, den Kolben 17 komplett mit dem Ganzmetallkissen 13 auszufüllen. Der in den Kolben 17 hineinragende und als Halteelement 16 fungierende Teil des Ganzmetallkissens 13 hat bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine annähernd zylindrische Form, die komplementär zum Innenraum im Kolben 17 ist.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Ganzmetallkissen 13 und dem Innenraum des Kolbens 17 eine Übergangspassung mit Übermaß oder eine Presspassung vorgesehen. Dadurch kann der Bremsklotz 10 von Hand in den Kolben 17 so eingepresst werden, dass er dauerhaft im Kolben 17 hält.
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Im Gegensatz zu den 1 bis 4 bedeckt das Ganzmetallkissen 13 bei dem in der 5 gezeigten Ausführungsbeispiel nur einen vergleichsweise kleinen Teil der dem Kolben 17 zugewandten Oberfläche der Rückenplatte 11. Das Ganzmetallkissen 13 kann jedoch auch wie bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel die Oberfläche der Rückenplatte 11 im Wesentlichen vollständig bedecken.
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Die 5 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel ohne Vorspannelemente, jedoch kann es auch vorteilhaft sein, auch für dieses Ausführungsbeispiel Vorspannelemente vorzusehen.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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Die 6 zeigt in einem axialen Schnitt einen Bremssattel 18 und eine Bremsscheibe 20 einer Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem Bremsklotz 10 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Zwischen der Bremsscheibe 20 und dem Bremssattel 18 ist eine Rückenplatte 11 des Bremsklotzes 10 angeordnet, an der einseitig ein Ganzmetallkissen 13 angebracht ist. An der dem Ganzmetallkissen 13 abgewandten Seite der Rückenplatte 11 ist ein Bremsbelag 12 angebracht. Wie beim dritten Ausführungsbeispiel ragt ein Teil des Ganzmetallkissens 13 in den Kolben 17 hinein. Dieser Teil hat bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch nicht die Form eines Zylinders, sondern eines Halteclips, mit dem der Bremsklotz 10 in dem Innenraum des Kolbens 17 arretiert werden kann.
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In der 6 ist der Bremsklotz 10 ohne Vorspannelemente gezeigt. Es kann es vorteilhaft sein, auch bei diesem Ausführungsbeispiel Vorspannelemente vorzusehen.
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Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, den Halteclip als Ganzmetallkissen auszubilden, das jedoch nicht Teil des Ganzmetallkissens 13 ist, sondern ein davon unabhängiges Halteelement 16 bildet, dass sich durch das Ganzmetallkissen 13 hindurch erstreckt und mit der Rückenplatte 11 direkt verbunden ist. Ein solches Halteelement 16 kann dann zusätzlich die Funktion eines Vorspannelements übernehmen.
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Ähnlich wie beim dritten Ausführungsbeispiel bedeckt das Ganzmetallkissen 13 bei dem vierten Ausführungsbeispiel nur einen vergleichsweise kleinen Teil der dem Kolben 17 zugewandten Oberfläche der Rückenplatte 11. Auch hier kann es im Einzelfall günstiger sein, wenn das Ganzmetallkissen 13 die Rückenplatte 11 großflächig oder im Wesentlichen vollständig überdeckt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 69008860 T2 [0009]
- DE 692113255 [0010]
