DE69403405T2

DE69403405T2 - Scheibenbremse

Info

Publication number: DE69403405T2
Application number: DE69403405T
Authority: DE
Inventors: Ashley Way
Original assignee: Automotive Products PLC
Current assignee: AP Racing Ltd
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2014-03-19
Also published as: GB2281363A; GB9305795D0; DE69403405D1; EP0640191A1; WO1994021937A2; WO1994021937A3; US5558183A; EP0640191B1; GB9422150D0

Description

Die Erfindung betrifft Scheibenbremssättel und insbesondere aber nicht ausschließlich Scheibenbremssättel für Hochleistungswagen.
Bei einem typischen Scheibenbremssattel überspannt der Sattel den äußeren Umfangsrand einer Bremsscheibe, wobei der Sattel mindestens einen hydraulischen Zylinder aufweist, um Bremsbeläge an jede Seite der Scheibe anzulegen.
Bei Scheibenbremsen der in Kraftfahrzeugen eingebauten Art greifen die Bremsbeläge an gegenüberliegenden Sektoren der Scheibe über Bögen unterschiedlicher Umfangslänge in Abhängigkeit von den Bremsanforderungen an. Wenn die Bremsen betätigt werden, greifen die Beläge an die Scheibe an und Reibungswärme wird derart erzeugt, daß die Bremsscheibe glühend heiß werden kann. Bei extremen Verwendungen, wie z.B. bei Rennwagen, können die Sättel selber überhitzt werden, was zum Kochen der Hydraulikbremsflüssigkeit führen kann.
Verschiedene Versuche wurden gemacht, um das Überhitzen der Bremsflüssigkeit zu vermindern. Zum Beispiel offenbart die DE-A- 1903437, die dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht, ein zirkulierendes Kühlmittel in einem Sattel und einer einen Kolben betätigenden Bremse, um die Bremsflüssigkeit zu kühlen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Form eines Scheibenbremssattels bereitzustellen, bei dem Überhitzungsprobleme noch weiter abgeschwächt werden.
Folglich wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Scheibenbremssattel bereitgestellt, der zwei Glieder, die im Gebrauch eine Bremsscheibe überspannen, um Bremsbeläge auf jeder Seite einer Bremsscheibe für den Eingriff mit gegenüberliegenden Sektoren der Scheibe zu halten, eine hydraulische Kolben- und Zylinderbaugruppe zur Betätigung der Bremse über einen Bremsbetatigungskreis und einen Kühlfluidkreis, der von dem Bremsbetätigungskreis getrennt ist und zumindest teilweise die Baugruppe umgibt, für die Zirkulation des Kühlmittels in dem Sattel durch Pumpmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß beide Glieder zwei oder mehr hydraulische Kolben- und Zylinderbaugruppen zur Betätigung der Bremse aufweisen, und daß der Kühlkreis einen inneren Gang in jedem Glied aufweist, wobei die beiden Gänge miteinander verbunden sind und jeder Gang teilweise den Zylinder jeder Baugruppe umgibt.
Durch Schaffen einer derartigen Konstruktion gewährleisten die Gänge einen verbesserten Wärmeübergang von jeder Kolben- und Zylinderbaugruppe zu der Kühlmittelflüssigkeit in dem zugehorigen Gang.
Vorzugsweise schlängelt sich jeder Gang um die zugehörigen Zylinder, wobei er über und unter benachbarten Zylindern verläuft.
Günstigerweise sind die beiden Sattelglieder durch in Umfangsrichtung beabstandete Brücken verbunden, die über dem Außenumfang der Bremsscheibe verlaufen, und die Gänge in den beiden Gliedern sind über Durchgangsmittel in einer oder jeder Brücke miteinander verbunden.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Gießen eines Scheibenbremssattels, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, oder eines Teils eines derartigen Sattels bereit, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es folgende Schritte aufweist: Formen eines negativen Formabdrucks der erforderlichen äußeren Gestalt des Sattels oder des Sattelteils in einem Gußmaterial, Formen eines positiven Kerns oder positiver Kerne, die gestaltet sind, um den Kühlgang oder die Kühlgänge zu definieren, die zumindest teilweise den Bereich des Sattels oder des Sattelteils umgeben, das zum Aufnehmen der Kolbenbohrungen dient, Halten des Kerns in der richtigen Lage relativ zu dem Formabdruck, um den erwünschten Kühlgang oder die erwünschten Kühlgänge zu schaffen, Gießen eines Gußmaterials in den Gußhohlraum, der zwischen dem Abdruck und dem Kern oder den Kernen ausgebildet ist, Zulassen, daß sich das Gußmaterial verfestigt, Entfernen des Gußsattels oder Sattelteils aus dem Formabdruck, und Entfernen des Kerns oder der Kerne aus dem Sattel oder Sattelteil.
Die Erfindung wird beispielhaft und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
Figur 1 eine Aufsicht eines Scheibenbremssattels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 2 einen radialen Querschnitt durch den Scheibenbremssattel von Figur 1 entlang der Linie A-A zeigt, wobei Kolben und Beläge entfernt sind;
Figur 3 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt des Sattels von Figur 1 zeigt;
Figur 4 einen radialen Querschnitt durch eine Gußform zeigt, aus der ein Sattelteil geformt wird;
Figur 5 einen Schnitt an der Linie B-B von Figur 4 zeigt;
Figur 6 einen radialen Schnitt zeigt, der Figur 4 entspricht und Kernhaltelöcher darstellt; und
Figur 7 eine Seitenansicht eines Kerns zeigt, der bei dem Gießen des Sattelteils verwendet wird, das im Schnitt in Figur 4 gezeigt wird.
Mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 wird ein Scheibenbremssattel 10 fur einen Rennwagen dargestellt, der einen Zweiteilesattelkörper 20 mit zwei Gliedern 11, 12 aufweist, die miteinander durch zwei beabstandete Brückenabschnitte 14A, 14B verbunden sind, die an der Fläche 20A verbunden sind. Im Gebrauch überspannt der Sattelkörper 20 eine Bremsscheibe (nicht gezeigt), wobei ein Glied an jeder Seite der Scheibe angeordnet ist. Ein Glied 11 ist im Gebrauch an ein Drehmomentgegenwirkungselement, auf das die Bremsbelastungen übertragen werden, z.B. einen Achszapfen, über Befestigungslöcher 15 in dem Sattelkörper angeschlossen,.
Die beiden Glieder 11 und 12 haben jeweils drei hydraulische Zylinder/Kolbenbaugruppen 16, 17, 18, die in Umfangsrichtung über den Sattelkörper (d.h. in Umfangsrichtung mit Bezug auf die Scheibe) derart beabstandet sind, daß die Zylinderbaugruppen 16, 17, 18 in dem einen Glied 11 den Zylinderbaugruppen in dem anderen Glied 12 gegenüberliegen. Die Zylinder haben jeweils Kolben, die die Bremsbeläge 22 gegen die gegenüberliegenden Flächen der Scheibe drücken.
Die Beläge 22 können einen einzigen gebogenen Belag auf jeder Seite der Scheibe aufweisen, oder sie können eine Vielzahl von Belägen 22 auf jeder Seite der Scheibe derart aufweisen, daß ein jeweiliger Belag 22 geschaffen wird, der zu je einer Kolben/- Zylinderbaugruppe 16, 17, 18 gehört. Bremsbelastungen von den Belägen werden auf den Sattelkörper 20 übertragen.
Hydraulikbremsflüssigkeit wird der Hydraulikverbindung 60 von einem Hauptzylinder (nicht gezeigt) und somit der Kolben- und Zylinderbaugruppe 16 in dem Glied 11 zugeführt. Die Kolben- und Zylinderbaugruppen 17 und 18 in dem Schenkel 11 sind mit der Baugruppe 16 über Durchgänge in Rippen 61 und 62 in dem Glied verbunden. Die Kolben- und Zylinderbaugruppen 16, 17 und 18 in dem Glied sind auf ähnliche Weise mit jedem anderen verbunden und sind mit den Baugruppen in dem Glied 11 über eine externe Bremsleitung 63 verbunden. Somit werden alle Kolben- und Zylinderbaugruppen von der Verbindung 60 versorgt. Die Kolbenund Zylinderbaugruppen in dem Glied 11 sind mit einem Entlüftungsnippel 64 ausgestattet, und die Baugruppen in dem Glied 12 haben einen Entlüftungsnippel 65.
Wenn die Fahrzeugbremsen betätigt werden, bewirkt der Hydraulikdruck in den Kolben/Zylinderbaugruppen 16, 17, 18, daß die Beläge reibend in die Bremsscheibe (nicht gezeigt) eingreifen. Das bewirkt einen Wärmeaufbau in der Scheibe und in extremen Fällen in dem Sattelkörper 20. Um den Wärmeübergang auf die Hydraulikflüssigkeit in dem Sattel zu vermindern und somit die sogenannte "Dampfblasenbildung" zu verhindern, d.h. ein Bremsversagen infolge des Kochens der Hydraulikflüssigkeit, sind Durchgänge 23 für Kühlflüssigkeit in dem Sattelkörper vorgesehen, die vollständig von der Hydraulikbremsflüssigkeit wie oben beschrieben getrennt sind.
Die Durchgänge 23 für Kühlflüssigkeit sind in den Sattelgliedern 11 und 12 angeordnet und umgeben mindestens einen Teil der ersten Seitenwände der Hydraulikzylinder 16, 17 und 18.
Der Fluiddurchgang 23A in dem Glied ist an den Fluiddurchgang 23B in dem Glied 12 durch den Durchgang 230 in der Sattelbrücke 14A angeschlossen. Die Kühldurchgänge 23 haben eine Einlaßöffnung 24 an dem Glied 11, die gestattet, Kühlfluid (Wasser) in den Durchgang 23A zu füllen, das dann in das zweite Sattelglied 12 über den Durchgang 230 strömt und das zweite Sattelglied 12 über einen Durchgang 23D in der Brücke 14B verläßt und schließlich durch eine Austrittsöffnung 25 an dem ersten Sattelglied 11 strömt, die der Einlaßöffnung benachbart ist. Das gewährleistet, daß Kühlfluid durch den gesamten Sattelkörper zirkuliert hat. Die Zirkulationsrichtung kann umgedreht werden.
Um die Zirkulation zu unterstützen, kann die Kühlflüssigkeit in dem Sattel durch eine Pumpe, vorzugsweise eine elektrische Pumpe, oder durch die Verwendung der Kühlmittelpumpe des Fahrzeugmotors herumgepumpt werden. Alternativ kann die Kühlung unter Verwendung eines totalen Verlustsystems bewirkt werden, bei dem das Kühlwasser nicht in den Kreislauf zurückgeführt wird, sondern einfach auf dem Boden nach Verlassen der Austrittsöffnung 25 fallengelassen wird.
Es wird auch in Erwägung gezogen, andere Kühlflüssigkeiten anstelle von Wasser zu verwenden. Zum Beispiel können Frostschutzflüssigkeiten für Fahrzeuge verwendet werden.
Wie es am besten in Figur 3 zu sehen ist, verlaufen die Kühldurchgänge 23, die in der Gestalt von Kühlgängen vorliegen, die sich um die Seitenwände der Zylinder herumschlängeln, oberhalb und unterhalb benachbarter Zylinder. Das maximiert den Kühlflächenkontakt mit den Zylindern.
Der Sattelkörper 20 ist aus zwei Teilen 20B, 20C zusammengesetzt, die Gußteile sind, wobei eines von ihnen auch im Querschnitt in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist. Ein Stück (oder Teil) 20B des Sattelkörpers 20 weist das Glied 11 und einen entsprechenden integralen Abschnitt der überbrückenden Teile 14A und 14B bis zu der Zwischenfläche 20A auf. Das andere Stück (oder Teil) 20C des Sattelkörpers 20 weist das Glied 12 und einen entsprechenden integralen Abschnitt der überbrückenden Teile 14A, 14B bis zu der Zwischenfläche 20A auf.
Die Sattelteile 20B und 20C können aus einer Vielzahl von Materialien gegossen werden, wie z.B. Gußeisen oder Gußaluminium, aber das bevorzugte Material ist eine Aluminiumlegierung der Güte LM25.
Eine Anzahl von Gußverfahren kann verwendet werden, aber typischerweise werden Sandguß- oder Kolikengußtechniken bevorzugt. Das Gußformgehäuse für das Gießen hat zwei Teile und kann in der Gestalt einer Metallform, oder einer Sandgußform vorliegen, die ein Holz-, Metall- oder Harzpositivmuster verwendet, um die erforderliche Gußformaushöhlung für jedes Sattelteil zu erzeugen. Die Wassergänge 23 in jedem Teil des Sattels werden in den Sattel durch die Verwendung eines positiven Kerns 50 (siehe Figur 7) gegossen, der in der negativen Gußformaushöhlung während des Gußverfahrens gehalten wird.
Der Kern 50 wird typischerweise aus einem harzgebundenen Siliciumsand unter Verwendung einer Kerngußform geformt. Der Kern kann mit der sogenannten Kaltgehäuse-Technik erzeugt werden, bei der eine kalte Gußform mit harzgebundenem Sand gefüllt und dann erhitzt wird, um das Harz zu härten. Das erzeugt einen festen Kern und ist die bevorzugte Herstellungstechnik für den Kern. Alternativ kann die sogenannte Heißgehäusetechnik verwendet werden, bei der harzgebundener Sand auf eine heiße Negativgußform derart geblasen wird, daß er sich verfestigt, wenn er auf die Gußform trifft. Das stellt einen hohlen Kern zur Verfügung.
Wie in Figur 7 zu sehen ist, weist der Kern 50 typischerweise vier Haltestifte 51 auf, die integral in dem Kern ausgebildet sind. Die Haltestifte 51 tragen den Kern 50 während des Gußverfahrens in entsprechenden "Abdrücken" eines Haltestiftes, die in der negativen Hauptgußformaushöhlung ausgebildet sind.
Wenn die Gußform und der Kern zum Gießen zusammengesetzt wurden, wird das Gußmetall in den Hohlraum eingegossen, der zwischen der Gußform und dem Kern bestimmt ist, um ein Sattelteil mit einem internen Kühlgang zu gießen, der durch den Kern 50 bestimmt ist.
Wenn sich das Gußmaterial verfestigt hat, wird das Gußsattelteil aus der Gußform entfernt, wobei der Kern 50 weiterhin in Position bleibt. Der Kern wird durch Erhitzen des Gußstücks im Ofen entfernt, um die Harzbindung des Sands derart aufzuspalten, daß zumindest etwas von dem Sandkern aus dem Sattel geschüttet werden kann. Um die vollständige Entfernung des kompletten Kerns zu gewährleisten, wird vorzugsweise ein chemisches Reinigungsverfahren ausgeführt. Eine geeignete Behandlung mit Säure oder Base, wie z.B. Waschen bei hohen Temperaturen mit Sodiumhydrid (Base), kann verwendet werden, um alle Spuren des Sandkerns vollständig zu lösen und herauszuwaschen.
Wenn der Kern entfernt ist, bleibt das Sattelteil 20B, 20C mit vier Löchern 52, wo die Kernhaltestifte 51 einmal herausragten (siehe Figur 6), zusammen mit dem hohlen Kühlgang 23 zurück.
Die Löcher 52 werden als die Basis zum Definieren der Daten für die Herstellung der Sattelteile 20B und 20C verwendet. Sonden 66 zum Anordnen werden durch Löcher 52 (siehe Figur 6) eingebracht, um die Innenfläche des Gangs 23 zu kontaktieren und somit die Sattelteile relativ zu dem Gang anzuordnen, und solange die Sattelteile 20B und 20C auf diese Weise angeordnet sind, werden Leitdatenbohrungen in die Innenfläche jedes Sattelteils in Positionen gebohrt, die koaxial zu den beabsichtigten Außenbohrungen 16 und 18 jedes Sattelteils liegen. Diese Leitdatenbohrungen werden als die nachfolgenden Anordner der Gußstücke während des nachfolgenden Herstellens der Gußstücke verwendet. Durch die exakte Anordnung jedes Gußstücks relativ zu der tatsächlichen Stellung ihres inneren Gangs ist es möglich, die Bohrungen 16, 17 und 18 herzustellen, damit dünnwandige Zylinder erzeugt werden, die die hydraulische Betätigungsflüssigkeit und das Kühlmittel, das in den Gängen 23 vorliegt, voneinander trennen. Das ermöglicht ein hohes Maß an erzielbarem Wärmeübergang, was zu einer effizienten Kühlung der Hydraulikflüssigkeit führt.
Nachdem die Leitdatenbohrungen gebohrt wurden, werden die Löcher 52 verschlossen, um einen vollkommen eingeschlossenen Gang zu erzeugen. Das Verschließen kann mittels mechanischer Einschraub- oder Einpreßstopfen erreicht werden, aber es wird vorzugsweise durch ein Schweißverfahren erreicht. Bei diesem Verfahren werden die Kemhaltelöcher mit einem Material gefüllt, das dem ähnlich ist, aus dem der Hauptkörper gegossen ist, und das die originalen Gußwände effektiv vergrößert.
Obwohl es die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die hydraulische Betätigungsflüssigkeit zu kühlen, um "Dampfblasenbildung" infolge des Kochens der Bremsflüssigkeit zu vermeiden, hilft das Kühlen des Sattels auch dabei, zu verhindern, daß die Dichtungen der Kolben- und Zylinderbaugruppen 16, 17 und 18 dadurch beschädigt werden, daß sie überhitzt werden, und verhindert auch Schaden am Aluminiumsattel selber infolge übermäßiger Satteltemperaturen, die während starkem/langem Bremsen entstehen können.

Claims

1. Scheibenbremssattel (10) mit zwei Gliedern (11, 12), die im Gebrauch eine Bremsscheibe überspannen, um Bremsbeläge (22) auf jeder Seite einer Bremsscheibe für den Eingriff mit gegenüberliegenden Sektoren der Scheibe zu halten, einer hydraulischen Kolben- und Zylinderbaugruppe (16, 17, 18) zur Betätigung der Bremse über einen Bremsbetätigungskreis, und einem Kühlfluidkreis (23A, 23B, 23C, 23D), der von dem Bremsbetätigungskreis getrennt ist und zumindest teilweise die Baugruppe umgibt, für die Zirkulation des Kühlmittels in dem Sattel durch Pumpmittel, wobei der Sattel dadurch gekennzeichnet ist, daß beide Glieder (11, 12) zwei oder mehr hydraulische Kolben- und Zylinderbaugruppen (16, 17, 18) zur Betätigung der Bremse aufweisen, und darin, daß der Kühlkreis einen inneren Gang (23A, 23B) in jedem Glied aufweist, wobei die beiden Gänge miteinander verbunden sind, und jeder Gang teilweise den Zylinder jeder Baugruppe (16, 17, 18) umgibt.

2. Scheibenbremssattel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeder Gang (23) um die zugehörigen Zylinder (16, 17, 18) schlängelt, wobei er über und unter benachbarten Zylindern verläuft.

3. Scheibenbremssattel nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sattelglieder (11, 12) durch in Umfangsrichtung beabstandete Brücken (14A, 14B) verbunden sind, die den Außenumfang der zugehörigen Scheibe überspannen, und die Gänge (23A, 23B) in den beiden Gliedern miteinander über Durchgangsmittel (23C) in einer oder jeder Brücke verbunden sind.

4. Scheibenbremssattel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Glieder (11) einen Einlaß (24) und einen Auslaß (25) für die miteinander verbundenen Gänge (23A, 23B) aufweist.

5. Verfahren zum Gießen eines Scheibenbremssattels, der nach Anspruch 1 konstruiert ist, oder eines Teils eines derartigen Sattels, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: Formen eines negativen Formabdrucks der erforderlichen äußeren Gestalt des Sattels oder des Sattelteils in einem Gußmaterial, Formen eines positiven Kerns oder positiver Kerne, die gestaltet sind, um den Kühlgang oder die Kühlgänge zu definieren, die zumindest teilweise den Bereich des Sattels oder des Sattelteils umgeben, das zum Aufnehmen der Kolbenbohrungen dient, Halten des Kerns in der richtigen Lage relativ zu dem Formabdruck, um den erwünschten Kühlgang oder die erwünschten Kühlgänge zu schaffen, Gießen eines Gußmaterials in den Gußhohlraum, der zwischen dem Abdruck und dem Kern oder den Kernen ausgebildet ist, Zulassen, daß sich das Gußmaterial verfestigt, Entfernen des Gußsattels oder Gußsattelteils aus dem Formabdruck, und Entfernen des Kerns oder der Kerne aus dem Sattel oder Sattelteil.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern oder die Kerne aus dem Sattel oder dem Sattelteil durch einen chemischen Prozeß entfernt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gangbildende Kern oder die gangbildenden Kerne in dem Formabdruck durch Kemhaltestifte gehalten wird bzw. werden, die Löcher in der Außenfläche des Gußsattels oder Gußsattelteils zurücklassen, wenn der Sattel oder das Sattelteil aus der Gußform entfernt wird, wobei die Löcher einen Zugang zu dem Gang oder den Gängen für die Entfernung des Kerns oder der Kerne schaffen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Einsetzen anordnender Sonden durch zwei oder mehr Löcher, um die Innenfläche des Kühlgangs oder der Kühlgänge zu kontaktieren, um somit den Sattel oder das Sattelteil relativ zu dem Gang oder den Gängen anzuordnen, und Ausbilden einer oder mehrerer Datenformationen in dem Sattel oder dem Sattelteil, um den Sattel oder das Sattelteil während dem nachfolgenden Herstellen anzuordnen.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher nachfolgend entweder durch den Einsatz eines Stopfens in jedes Loch oder durch ein Schweißverfahren verschlossen werden.