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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben zur
Betätigung eines Scheibenbremsenbelages, wobei dieser
Belag mit einer Lagerplatte versehen ist, und wobei der
Kolben die Form eines Hohlkörpers aufweist, der sich
zur Platte hin öffnet, der also auf der Seite der
Lagerplatte nach seiner Montage ein ringförmiges Ende
aufweist. Ein derartiger Kolben ist beispielsweise aus
FR-A-2 548 321 bekannt. Die mit der vorliegenden
Erfindung zu lösende Aufgabe liegt in der Ausschaltung von
extrem störenden Bremsgeräuschen in Form von Kreischen
oder Quietschen, die insbesondere in gewissen
Situationen auftreten. Diese Geräusche beruhen auf Vibrationen
im Bereich von 500 bis 5000 Hz und treten insbesondere
bei trockener Witterung und dann auf, wenn die Beläge
eine Temperatur von etwa 100 ºC erreichen. Ihre
Intensität und ihre Frequenz können auch vom Bremsdruck
abhängen, von der Art des Reifens oder von anderen
Parametern.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe auf einfache und
wirtschaftliche Weise, und zwar dank eines Kolbens der
eingangs erwähnten Art, der dadurch gekennzeichnet ist,
daß er ein Kissen aus elastischem Material trägt, das
von einer starren Kapsel getragen wird, die ihrerseits
vom Kolben getragen wird, wobei das Kissen einerseits
einen dicken Zentralteil enthält, der sich nach der
Montage zwischen der Lagerplatte und einem Fond
ausdehnen kann, der die starre Kapsel enthält, und
andererseits einen verjungten Rand enthält, der
geringfügig gegenüber dem ringförmigen Abschnitt des Kolbens
vorspringt.
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Beim Bremsen legt sich somit das elastische Kissen
zwischen das starre Bauteil Scheibe/Belag und das vom
Kolben und seinem Zylinder gebildete starre Bauteil, was
die radikale Dämpfung der von der Scheibe erzeugten
Vibrationen erklärt.
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Daruber hinaus ist die Wirkung des Kolbens auf die
Beläge progressiv: Zu Beginn des Bremsvorgangs ist die
Steifigkeit des Systems Kolben/Belag relativ schwach,
solange der zentrale Teil des elastischen Kissens gegen
den Fond der Kapsel gedrückt wird. Lediglich
anschließend wird die Steifigkeit dieses Systems sehr
groß, was natürlich notwendig ist, um wirkungsvoll
bremsen zu können: Der zentrale Teil des elastischen
Kissens wird vollständig auf dem Fond der Kapsel
zusammengedrückt und lediglich eine sehr dünne Schicht
elastischen Materials bleibt auf dem Niveau des erwähnten
verjüngten Randes auf der Lagerplatte des Belags
zusammengedrückt. Der Kolben wirkt somit praktisch
unmittelbar auf den Belag ein.
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Dieser zweigeteilte Bremsvorgang erhöht noch die
Wirkung der Vibrationsdämpfung und vermeidet jedes brutale
Eingreifen der Beläge an den Scheiben und zwar ab
Beginn des Drucks am Zylinder.
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Die Erfindung kann auf unterschiedliche Weise umgesetzt
werden.
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Es kann beispielsweise vorgesehen werden, daß die
Kapsel den hohlen Teil des Kolbens einnimmt und vom Fond
des Kolbens getragen wird, was eine Erhöhung der
Kolbenbeanspruchung in der Richtung seiner
Positionsveränderungen vermeidet.
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Bei dieser Ausführungsform erweist es sich auch als
vorzugswürdig vorzusehen, daß der verjüngte Rand des
Kissens auf einem Randanschlag der Kapsel ansitzt, der
gegenüber seinem Fond hervorsteht, wobei sich dieser
Rand genau auf dem gleichen Niveau befindet, wie das
ringförmige Ende des Kolbens.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen
werden, daß die Kapsel von einem Rand gehaltert wird,
der auf dem ringförmigen Ende des Kolbens aufliegt.
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Wie auch immer die Ausführungsform gewählt wird, so
kann doch zur Meidung von Kreischgeräuschen zwischen
der Kapsel und dem Kolben eine Schicht aus elastischem
Material zwischen der steifen Kapsel und dem Kolben
eingefügt werden.
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Erfindungsgemäß erweist es sich darüber hinaus als
vorzugswürdig vorzusehen, daß die äußere Oberfläche des
zentralen Teils des Kissens leicht gegenüber einer
senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens
verlaufenden Ebene geneigt ist, was auf sehr wirkungsvolle Weise
zur Vermeidung der Vibrationen und damit auch der
störenden Kreischgeräusche beiträgt.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden
nachfolgend beispielhaft, d.h. keinesfalls
abschließend, in bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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Fig. 1 eine axiale Schnittansicht eines ersten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kolbens;
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Fig. 1a
eine axiale Teilschnittansicht dieses Kolbens in
einer Variante;
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Fig. 2 den in einem Scheibenbremssystem eingebauten
Kolben gemäß Fig. 1, wobei dieses System in
Bremsstellung dargestellt ist;
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Fig. 3 ein weiteres Scheibenbremssystem, das mit einem
Kolben nach einer weiteren Variante ausgestattet
ist;
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Fig. 4 das System gemäß Fig.3 in Bremsstellung und
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Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung der Entwicklung der
Kolbensteifigkeit im Zuge eines Bremsvorgangs
und zur Darstellung der sich hieraus ergebenden
Kräfte F, die auf den Kolben in Abhängigkeit von
seinen Positionsveränderungen d einwirken.
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Vorab sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die
Fig. 2, 3 und 4 lediglich die Hälfte eines Bremssystems
darstellen (nämlich den Teil, der sich rechts von der
Scheibe befindet), wobei es sich von selbst versteht,
daß das System auf der anderen Seite der Scheibe die
gleiche Anordnung aufweisen kann.
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Es sei zunächst auf die Fig. 1 und 2 verwiesen, in denen
die Bezugsziffer 1 die Bremsscheibe bezeichnet, die
Bezugsziffer 2 den Belag und die Bezugsziffer 3 dessen
Lagerplatte. Ein hohler Kolben 4 ist gleitbeweglich in
einem Zylinder 5 befestigt, der mit einer unter Druck
stehenden Fluidleitung 6 verbunden ist.
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Im hohlen Kolben 4 ist eine Metallkapsel 7 befestigt,
die beispielsweise eine im wesentlichen zylindrische
Form aufweisen kann und die sich mit ihrem offenen Ende
auf dem Fond 4' des Kolbens abstu-tzt. Der Fond f dieser
Kapsel 7 ist derart gekümpelt, daß er in das Innere des
hohlen Kolbens vorspringt und daß er auf seinem äußeren
Umfang einen wulstartigen Randanschlag 11 aufweist, der
gegenüber dem Fond f vorspringt, um sich genau auf dem
gleichen Niveau wie das ringförmige Ende E des Kolbens
4 anzuordnen. Der somit hohle Teil des Fonds 5 der
Kapsel 7 trägt ein Kissen aus elastischem Material,
beispielsweise aus elastomerem Material, das mit der
Bezugsziffer 9 gekennzeichnet ist. Dieses Kissen
enthält einen dicken Zentralteil c, der den Fond f der
Kapsel einnimmt, sowie einen sich verjüngenden Rand 10,
der den Randanschlag 11 abdeckt; der sich verjüngende
Rand 10 des Kissens 9 steht geringfügig gegenüber der
Ebene des ringförmigen Endes E des Zylinders 4 hervor.
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Der sich verjüngende Rand 10 erstreckt sich im übrigen
in Richtung auf das Innere des Zylinders 4, um auf der
Seitenwand der Kapsel 7 eine dünne Verkleidung 12 aus
elastomerem Material zu bilden, die sich zwischen die
Kapsel 7 und den Kolben legt, was jede Gefahr von
Kreischgeräuschen in diesem Bereich ausschließt.
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Schließlich ist in Fig.1 zu erkennen, daß die äußere
Oberfläche des Zentral teils c des Kissens 9 nach
Montage nicht dazu bestimmt ist, genau parallel zur
Oberfläche gegenüber der Lagerplatte 3 des Belags zu
verlaufen: Diese äußere Oberfläche s des Zentralteils c
ist tatsächlich geringfügig gegenüber einer Ebene P
geneigt, die senkrecht zur Richtung der
Positionsveränderung des Kolbens verläuft.
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Es wird somit verständlich, daß, wenn der Zylinder 5
mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid versorgt wird
(vgl. Fig.2), das Eindrücken des Zentralteils c des
Kissens 9 zwischen dem Fond f der Kapsel und der
Lagerplatte 3 schrittweise von einem Ende dieser Oberfläche
s des Kissens zum anderen erfolgt. Dies ergänzt auf
sehr vorteilhafte Art und Weise die Dämpfungswirkung
des Kissens 9 aus elastischem Material, indem die
Vibrationen, die die Scheibe 1 beanspruchen können,
gedämpft werden, und indem auf sehr wirksame Art und
Weise deren Übertragung an alle Teile, die auf den
Belag 2 einwirken, gehindert wird. Es ist jedoch zu
betonen, daß das Wesentliche der Dämpfungswirkung des
Kissens 9 mit einer Oberfläche s erzielt werden kann, die
mit der Ebene P zusammenfällt, wobei das Wesentliche
darin liegt, die Einwirkung eines brutalen Drucks an
der Lagerplatte 3 beim Bremsen zu vermeiden.
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Die Schemadarstellung gemäß Fig.5 zeigt deutlich, auf
welche Art und Weise es ein erfindungsgemäßer Kolben
gestattet, die Bremskräfte zu absorbieren: Zu Beginn
des Bremsvorgangs wird das Kissen 9 auf dem Fond f der
Kapsel 7 zusammengedrückt, was dem Bereich geringer
Steifigkeit (a) des Schaubildes gemäß Fig.5 entspricht.
Wenn bei steigendem Bremsdruck der Rand 11 der Kapsel
den sich verjüngenden Rand 10 des Kissens auf die
Lagerplatte 3 des Belags gedrückt hat, wird die
Steifigkeit des Systems sehr groß, wie dies im Bereich (b) des
Schaubilds angedeutet ist. Damit bleibt die
Bremswirkung sehr groß, da das System rasch die notwendige
Steifigkeit für den Bremsvorgang wiederfindet, und dies
bei gleichzeitiger vollständiger Vermeidung der
üblichen, von der Scheibe erzeugten Vibrationen.
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In Fig. 1a wurde eine Ausführungsvariante der äußeren
Oberfläche des Kissens 9 aus elastischem Material
dargestellt, das die Kapsel 7 einnimmt: Diese äußere
Oberfläche ist hier sphärisch oder ähnlich gewölbt, was es
dem Kolben bei einem Bremsvorgang gestattet, sich in
etwa entsprechend wie oben beschrieben zu verhalten
(ein glatterer Übergang beim Drücken des elastischen
Kissens 9 gegen die Lagerplatte 3), jedoch mit der
darüber hinausgehenden Möglichkeit, das sich der Belag
geringfügig "radförmig" bewegt, d.h. daß der Belag die
günstigste Ausrichtung einnimmt, wenn das unter Druck
stehende Hydraulikfluid den Zylinder speist.
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In den Fig.3 und 4 wurde eine andere
Ausführungsvariante dargestellt, bei der die hier mit der Bezugsziffer
7' gekennzeichnete Kapsel im Hohlraum einen Fond f
entsprechend dem der Fig. 1 und 2 aufweist, jedoch viel
leichter auf dem ringförmigen Ende E des Kolbens 4
mittels eines Randanschlags 8 zum Anliegen kommt. Die
Betrachtung der Fig. 3 und 4 zur Darstellung des
Bremssystems in Ruhelage bzw. unter Druck gestattet es auf
einfache Weise, sich klarzumachen, daß die Funktion des
an der Kapsel 7' anliegenden Kissens 9' aus elastischem
Material praktisch die gleiche ist wie im vorangegangen
beschriebenen Ausführungsbeispiel: Elatisches
Zusammendrücken des dicken Zentralteils c des Kissens zwischen
dem Fond f der Kapsel und der Lagerplatte 3 (Bereich
geringer Steifigkeit a in der Schemadarstellung gemäß
Fig.5), anschließend, während des Bremsvorgangs, ein
scharfes Ansteigen der Steifigkeit des Systems durch
Eindrücken des sich verjüngenden Randanschlags 10' des
Kissens 9' zwischen den Randanschlag 8 der Kapsel und
der Lagerplatte 3. Auch hier kann selbstverständlich
für das Kissen 9' eine äußere geneigte Oberfläche oder
eine äußere gewolbte Oberfläche vorgesehen werden, und
dies mit den gleichen Wirkungen wie bei den
Ausführungsbeispielen entsprechend den Fig. 1 und 1a.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 und 4 kann
gleichfalls eine leichte Verkleidung aus Kautschuk auf
der Außenfläche der Kapsel 7' vorgesehen werden, um
jeglichen Kontakt Metall/Metall zwischen Kapsel und dem
ringförmigen Ende E des Kolbens 4 zu vermeiden.