DE102016112485A1

DE102016112485A1 - Vorrichtung zur Wärmeisolierung an einer Betätigungsvorrichtung für Scheibenbremsen

Info

Publication number: DE102016112485A1
Application number: DE102016112485.0A
Authority: DE
Inventors: Aleksandar Kuridza; Erik Ellenberger; Stefan Hartlieb; Swen Zschocke
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-07-07
Filing date: 2016-07-07
Publication date: 2018-01-11
Also published as: US20180010659A1; US10203009B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeisolierung an einer mit einem Druckmittel beaufschlagbaren Betätigungsvorrichtung einer Scheibenbremse mit in einem Zylinder gleitenden Kolben zum Axialverschieben der Bremsbeläge gegen eine Bremsscheibe, insbesondere Teilbelagscheibenbremse mit einem Isolationskörper aus nicht-/schlecht-wärmeleitenden Werkstoff zur Isolation der Bauteile der Betätigungsvorrichtung gegenüber einem Bremsbelag, wobei ein im Wesentlichen kreisringförmig metallischer Bremsbelag (10) in einen den Kolben wärmeisolierend vom Bremsbelag (10) trennenden Isolationskörper (11) aus Keramikmaterial einsetzbar ist, wobei der Isolationskörper (11) mit an die kreisringförmige Bremsanlagefläche (Bremsbelag 10) sich anschließenden Seitenflächen zur Ringumfangsfläche (12) in Richtung auf den Kolben konvex abgerundet verlaufend ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeisolierung an einer mit einem Druckmittel beaufschlagbaren Betätigungsvorrichtung für eine Scheibenbremse mit einem in einem Zylinder gleitenden Kolben zum Axialverschieben der Bremsbeläge gegen eine Bremsscheibe, insbesondere bei Teilbelagscheibenbremsen mit einem Isolationskörper aus nicht-/schlecht-wärmeleitenden Werkstoff zur Isolation der Bauteile der Betätigungsvorrichtung gegenüber einem Bremsbelag.
Die beim Bremsen infolge der Umwandlung von Bewegungsenergie in Wärmeenergie zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe entstehende Wärme darf nicht zu einer Beeinträchtigung der Bremsleistung führen. Deshalb muss eine Wärmebelastung der Betätigungsvorrichtung (Kolben, Zylinder, Druckmittel) wirkungsvoll vermieden werden. Bei Teilbelagsbremsscheiben können darüber hinaus durch die hohe Beanspruchung der Bauteile und u.U. durch infolge davon z.B. hervorgerufene Schwingungen Beschädigungen an den Bauteilen auftreten, die die Bremswirkung ungünstig beeinflussen können.
Aus dem Stand der Technik sind insbesondere zum Verhindern von Temperaturbelastungen der Bauteile einer Bremsanlage verschiedene Lösungsversuche bekannt geworden. Unter anderem offenbart die WO 2004/059188 A1 eine mehrteilig aufgebaute Betätigungsvorrichtung für eine Teilbelagscheibenbremse, bei der zwischen dem Betätigungskolben und einem metallischen Bremsbelag ein Wärmeisolationsbauglied aus Kunststoff- oder Keramikmaterial vorgesehen ist, in das der metallische Bremsbelag eingebettet ist.
In der EP 0 042 156 A1 ist vorgeschlagen, in den Bremskolben einen Block aus isolierendem Material zu integrieren, an dem als eigentlicher Bremsbelag eine scheibenförmige Abdeckung aus Edelstahl befestigt ist.
Und schließlich offenbart die FR 2 495 252 einen topfartig gestalteten Bremskolben mit einem darauf befestigten Bremsbelagträger, in dessen topfartigen Hohlraum großräumig thermisch isolierendes Material eingebracht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, für eine wie vorstehend gekennzeichnete Vorrichtung eine besonders wirkungsvolle Wärmeisolierung bei gleichzeitig höchsten Belastungen standhaltender Konstruktion anzubieten.
Diese Aufgabe wird nach einem ersten erfinderischen Vorschlag dadurch gelöst, dass ein metallischer Bremsbelag umschließend in einen in den Kolben einsetzbaren, im Wesentlichen ringförmigen Isolationskörper aus Keramikmaterial aufgenommen ist, wobei die Oberfläche des Isolationskörpers zu ihrer Ringumfangsfläche konvex abgerundet verläuft.
Eine alternative Lösung der Erfindung wird darin gesehen, dass in einen metallischen, im Wesentlichen ringförmigen Bremsbelag, der mit an die zentrale Bremsanlagefläche zur Ringumfangsfläche konvex abgerundet verlaufenden Seitenflächen ausgebildet ist, ein den Bremsbelag gegenüber den Kolben trennender Isolationskörper aus Keramikmaterial einsetzbar ist.
Vorzugsweise ist der Bremsbelag bei beiden alternativen Lösungen aus Edelstahl hergestellt.
Ebenfalls bei beiden Lösungsvorschlägen wird als Keramikmaterial für den Isolationskörper vorzugsweise Zirkonium-Oxid verwendet.
Besonders zweckmäßig ist es, den Bremsbelag kreisrund auszuführen und in einen kreisrunden, den Bremsbelag ringförmig umschließenden Isolationskörper einzubetten.
Bei der alternativen Lösung kann der Bremsbelag im Wesentlichen kreisrund topfförmig ausgeführt sein. Dabei kann in die topfförmige Vertiefung des metallischen Bremsbelags der im Wesentlichen kreisrund ausgebildete Isolationskörper einsetzbar sein.
Bremsbelag und Isolationskörper sollten so in den Kolben einsetzbar bzw. darin befestigt sein, dass eine Wärmeübertragung zum Kolben und insbesondere zum Druckmittel usw. durch weigehende Vermeidung von direkten Übergängen ganz bzw. weitestgehend vermeidbar ist.
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten von erfinderischen Lösungen für die Wärmeisolierung an Bremskolben ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsalternativen sowie anhand von schematischen Darstellungen dazu in der Zeichnung. Die beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, wie nachfolgend in den Figuren der Zeichnungen gezeigt, und die anhand der Zeichnung beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder auch in Alleinstellung verwendbar, ohne dass damit der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
Es zeigt:
1 einen nach der Erfindung aufgebauten Kolben für eine Scheibenbremse mit Bremsbelag und Wärmeisolationskörper im Schnitt;
2 einen topfförmig ausgestalteten Bremsbelag mit einem in den Aufnahmetopf des Bremsbelags eingesetzten Isolationskörper im Schnitt in perspektivischer Darstellung;
3 eine perspektivische Ansicht eines Isolationskörpers mit darin eingesetztem Bremsbelag (alternative Ausführung zu den Darstellungen in 1 bzw. 2) und
4 einen topfförmig ausgestalteten Bremsbelag mit einem in den Aufnahmetopf des Bremsbelags eingesetzten Isolationskörper entsprechend der Ausführung nach 3 im Schnitt in perspektivischer Darstellung.
In 1 ist mit 1 ein Kolben für eine druckmittelbetätigte Scheibenbremse dargestellt. Für einen Fachmann ohne weiteres ersichtlich ist dieser Kolben 1 in Pfeilrichtung gleitend axial beweglich in einem Zylinder (nicht dargestellt) unter Einwirkung eines Druckmittels (z.B. Hydrauliköl) beweglich, um einen Bremsbelag 2 zum Abbremsen z.B. eines Fahrzeugs zur Anlage an eine Bremsscheibe (nicht dargestellt) zu bringen. Der Bremsbelag 2 ist dabei kreisrund aufgebaut und mit einem topfförmigen Ansatz 3, der einstückig am Bremsbelag 2 angeformt sein kann, versehen. In eine Öffnung 4 im topfförmigen Ansatz 3 ist ein Isolationskörper 5 eingesetzt. Bremsbelag 2 und Isolationskörper 5 können über eine Schraube 6 oder ein ähnliches Verbindungselement im Kolben 1 – vorzugsweise lösbar – befestigt sein.
Der Kolben 1 ist in an sich bekannter Weise in einem Bremskolbengehäuse 7 angeordnet. Der Bremsbelag 2 weist eine im Wesentlichen zentral angeordnete Bremsanlagefläche 8 auf, die zur Ringumfangsfläche 9 konvex abgerundet verlaufende Seitenflächen aufweist.
Aufgrund dieser deutlichen Verrundung des Bremsbelags 2 in seinen Seitenbereichen beschränkt sich der Wärmeaufbau durch Reibung im Wesentlichen auf den zentralen Bereich des Bremsbelags 2, so dass in seinem äußeren Bereich jedenfalls kaum oder allenfalls nur ein geringer, unkritischer Wärmeübergang in den Kolben 1 erfolgen kann. Im zentralen Bereich des Bremsbelags 2 bzw. der Schraube 6 ist ein Wärmeübergang vom Bremsbelag 2 zu Kolben 1 durch den Isolationskörper 5 wirkungsvoll ausgeschlossen.
Gegebenenfalls ist es denkbar, im Bereich der Anlage des Bremsbelags 2 den topfförmigen Ansatz 3 umschließend einen zusätzlichen Isolationsring (nicht dargestellt) zur Verhinderung von Wärmeübergang in diesem Bereich vorzusehen.
2 zeigt in perspektivischer Schnittdarstellung Bremsbelag 2 und Isolationskörper 5 entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 1. Wie aus 2 deutlich zu erkennen ist, ist die Ringumfangsfläche 9, also der Übergangsbereich von der Bremsanlagefläche 8 zum Außenumfang des Bremsbelags 2 deutlich konvex abgerundet verlaufend ausgebildet. Durch diese Ausbildung wird zum einen verhindert, dass z.B. infolge von Schwingungen oder bei Schrägverschleiß am Bremsbelag über die Kanten des Bremsbelags ein erhöhter Druck auf die Bauteile der Betätigungsvorrichtung erfolgt. Zum anderen ist durch die Distanz zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag (Luftspalt) eine Kühlwirkung in diesem Bereich erreichbar.
Der Bremsbelag 2 ist aus einem metallischen Material hergestellt; vorzugsweise wird dafür Grauguss oder auch Edelstahl verwendet. Idealerweise wird als Material für den Isolationskörper 5 ein Keramikmaterial angewendet; besonders bewährt hat sich bei Erprobungen des erfinderischen Gegenstandes Zirkonium-Oxid.
In 3 ist ein alternative Ausführung des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Dabei ist der Bremsbelag als im Wesentlichen ringförmig ausgebildete Scheibe 10 umschließend in einem Isolationskörper 11 eingebettet. Die sich an die Bremsanlagefläche des Bremsbelags 10 anschließenden Seitenflächen des Isolationskörpers 11 verlaufen von der Ringumfangsfläche 12 des Isolationskörpers 11 mit deutlicher konvexer Verrundung in Richtung auf den Kolben (Kolben nicht dargestellt).
4 zeigt wiederum in einer perspektivischen Schnittdarstellung den Aufbau von Bremsbelag 10 und Isolationskörper 11 mit der stark konvex verlaufenden Verrundung an der Ringumfangsfläche 12 nach 3.
Im Unterschied zu dem in den 1 und 2 dargestellten und zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht nach dem Ausführungsbeispiel nach den 3 bzw. 4 der Bremsbelag 10 aus einem metallischen Material, z.B. Edelstahl, das lediglich als zentral angeordneter Ring in den Isolationskörper 11, der auf einem gleitenden Kolben (nicht dargestellt) aufgesetzt ist, eingebettet befestigt ist.
Der Isolationskörper 11 ist aus Keramikmaterial, vorzugsweise aus Zirkonium-Oxid hergestellt.
Im Aufbau mit seinen abgerundeten Kanten an seiner Ringumfangsfläche 12 entspricht der Isolationskörper 11 mit seinen Vorteilen dem Aufbau entsprechend Ausführungsbeispiel nach 1 bzw. 2.
Bezugszeichenliste

1: Kolben
2: Bremsbelag
3: Topfförmiger Ansatz an 2
4: Öffnung von 3
5: Isolationskörper
6: Schraube/Verbindungselement
7: Bremskolbengehäuse
8: Bremsanlagefläche
9: Ringumfangsfläche
10: Bremsbelag/Ringförmige Scheibe
11: Isolationskörper
12: Ringumfangsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2004/059188 A1 [0003]
EP 0042156 A1 [0004]
FR 2495252 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Wärmeisolierung an einer mit einem Druckmittel beaufschlagbaren Betätigungsvorrichtung einer Scheibenbremse mit in einem Zylinder gleitendem Kolben zum Axialverschieben der Bremsbeläge gegen eine Bremsscheibe, insbesondere Teilbelagscheibenbremse mit einem Isolationskörper aus nicht-/schlecht-wärmeleitenden Werkstoff zur Isolation der Bauteile der Betätigungsvorrichtung gegenüber einem Bremsbelag, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallischer Bremsbelag (2) umschließend in einem in den Kolben (1) einsetzbarem, im Wesentlichen kreisring-förmig ausgestalteten Isolationskörper (5) aus Keramikmaterial aufgenommen ist, wobei die Oberfläche des Isolationskörpers (5) zu ihrer Ringumfangsfläche (9) konvex abgerundet in Richtung Kolben (1) verlaufend ausgestaltet ist.
Vorrichtung zur Wärmeisolierung an einer mit einem Druckmittel beaufschlagbaren Betätigungsvorrichtung einer Scheibenbremse mit in einem Zylinder gleitendem Kolben zum Axialverschieben der Bremsbeläge gegen eine Bremsscheibe, insbesondere Teilbelagscheibenbremse mit einem Isolationskörper aus nicht-/schlecht-wärmeleitenden Werkstoff zur Isolation der Bauteile der Betätigungsvorrichtung gegenüber einem Bremsbelag, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Wesentlichen kreisringförmig metallischer Bremsbelag (10) in einen den Kolben wärmeisolierend vom Bremsbelag (10) trennenden Isolationskörper (11) aus Keramikmaterial einsetzbar ist, wobei der Isolationskörper (11) mit an die kreisringförmige Bremsanlagefläche (Bremsbelag 10) sich anschließenden Seitenflächen zur Ringumfangsfläche (12) in Richtung auf den Kolben konvex abgerundet verlaufend ausgebildet ist.
Vorrichtung zur Wärmeisolierung an einem Bremskolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsbelag (2, 10) aus Edelstahl hergestellt ist.
Vorrichtung zur Wärmeisolierung an einem Bremskolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Keramikmaterial für den Isolationskörper (5, 11) Zirkonium-Oxid verwendet ist.
Vorrichtung zur Wärmeisolierung an einem Bremskolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsbelag (10) als ringförmige Scheibe ausgeführt ist und in einem kreisrunden, den Bremsbelag (10) ringförmig umschließenden Isolationskörper (11) einsetzbar ist.
Vorrichtung zur Wärmeisolierung an einem Bremskolben, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsbelag (2) im Wesentlichen kreisrund topfförmig ausgeführt ist, in dessen topfartige Vertiefung (3) der im Wesentlichen kreisrund ausgebildete Isolationskörper (5) einsetzbar ist.
Vorrichtung zur Wärmeisolierung an einem Bremskolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bremsbelag (2, 10) und Isolationskörper (5, 11) so in den Kolben (1) einsetzbar sind, dass Wärmeübergänge durch weitgehende Vermeidung von direkten Übergängen ganz bzw. weitgehend vermeidbar sind.
Vorrichtung zur Wärmeisolierung an einem Bremskolben nach einem und/oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Anwendung bei Teilbelagscheibenbremsen für Kraftfahrzeuge.