Die Erfindung betrifft einen Bremskolbenkopf für eine Scheibenbremsvorrichtung, einen Bremskolben sowie eine entsprechende Scheibenbremsvorrichtung, wobei der Bremskolbenkopf zur Bremskraftübertragung von einem Bremskolben auf eine Reibbelagträgerplatte ausgebildet ist.

Stand der Technik

Bremskolbenköpfe, Bremskolben und Scheibenbremsenvorrichtungen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt. Moderne Kraftfahrzeugbremsen werden in der Regel entweder hydraulisch oder pneumatisch betätigt. Dabei wird mittels Druckluft oder mittels Bremsflüssigkeit Kraft auf einen Reibbelag ausgeübt, der hierdurch an einem relativ zum Reibbelag drehbaren Körper gepresst wird. Bekannte Bremssysteme sind Trommelbremsen und Scheibenbremsen, bei denen der Reibbelag zum Bremsen gegen eine Bremstrommel oder eine Bremsscheibe gepresst wird. Für Hochleistungsanwendungen werden meist Scheibenbremsen verwendet, da diese eine bessere Wärmeabfuhr erlauben als Trommelbremsen und daher eine höhere Bremsleistung erbringen können, ohne zu überhitzen.

Durch Pressen des Reibbelags an die Bremsscheibe wird Reibung erzeugt, die Wärme produziert. Durch diesen Vorgang wird kinetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt und das Kraftfahrzeug entsprechend dem Verlust an kinetischer Energie verlangsamt.

Der Reibbelag ist üblicherweise auf einer Belagträgerplatte aufgebracht bzw.

befestigt, da der Reibbelag meist elastisch ist und somit selbst nicht stabil genug zur unmittelbaren Kraftübertragung ist. Die entsprechende Bremskraft wird meist mittels hydraulisch oder pneumatisch betätigten Bremszylindern aufgebracht, die rückseitig gegen die Belagträgerplatte wirken . Zwischen den Bremszylindern und der Reibbelagplatte können Bremskolbenköpfe angeordnet sein, die in manchen Ausgestaltungen Bestandteil der Bremskolben sind . In anderen Ausgestaltungen sind die Bremskolbenköpfe separat zu den Bremskolben ausgebildet.

Die DE 1 0 2005 009 398 A1 beschreibt beispielsweise ein Bremsbelagpaar für eine Scheibenbremse, wobei die Belagträgerplatte entsprechend den jeweils

auftretenden Belastungen, insbesondere Biegebelastungen und dem Bauraum eines Bremssattels angepasst, unterschiedliche Konfigurationen und

Dimensionierungen aufweist. So ist dort beispielsweise vorgesehen, die

Belagträgerplatte als Gussteil auszubilden, wobei an der Belagträgerplatte

Vertiefungen und/oder Erhebungen sowie Löcher vorsehbar sind, welche mit dem Reibbelag formschlüssig korrespondieren . Dabei wird die Belagträgerplatte vorzugsweise als Gussteil hergestellt, was eine flexible Formgebung der

Belagträgerplatte, etwa mit Versteifungsrippen oder Formschlussteilen ermöglicht.

Die Ausbildung von Belagträgerplatten als Gussteile anstelle eines Blechformteils, wie etwa einer Stahlplatte, ist erst ab einer hohen Stückzahl rentabel . Solche Stückzahlen sind für einen Nutzfahrzeugmarkt in der Regel nicht gegeben, da die unterschiedlichen Systeme zu stark diversifiziert sind . Selbst unter

Berücksichtigung des Ersatzteilgeschäfts bieten sich d ie dort erreichbaren

Stückzahlen nicht für eine solche Ausgestaltung an .

Die DE 1 0 2008 01 9 003 A1 offenbart einen Bremsbelag, insbesondere für eine Nutzfahrzeugscheibenbremse, einen zugehörigen Adapter sowie eine mit dem Bremsbelag und dem Adapter ausgestattete Scheibenbremse für Nutzfahrzeuge. Der Bremsbelag weist eine Trägerplatte auf, an der ein Reibbelag angeordnet ist, wobei d ie Trägerplatte an ihrer dem Reibbelag abgewandten Seite zumindest einen Krafteinleitungsbereich aufweist, mit welchem ein mit einem Bremsstößel in

Wirkverbindung stehender Adapter in Betriebsstellung der Bremse zur Anlage gelangt, wobei zur Fixierung von Adapter und Trägerplatte zumindest in

Radialrichtung und Umfangsrichtung, bezogen auf die Bremsscheibengeometrie, an der Trägerplatte Haltennittel vorgesehen sind, welche mit adapterseitig vorgesehenen Haltemitteln korrespondieren .

Die DE 38 1 2 037 A1 ist eine mechanisch betätigte Gleitsattel-Scheibenbremse bekannt, welche einen Bremsenträger und einen Bremssattel mit zwei Schenkeln aufweist, wobei die Schenkel eine mit dem Rad drehfest verbundene Bremsscheibe übergreifen . Im ersten Schenkel des Bremssattels ist ein Kolben parallel zur Drehachse der Bremsscheibe verschiebbar gelagert. Die DE 2 009 260 A offenbart eine Teilbelagscheibenbremse mit einem die

Bremsscheibe von außen umgreifenden U-förmigen Bremsträger und mit einem die Bremsscheibe ebenfalls von außen umgreifenden Schwimmsattel . Darüber hinaus ist für einen einfachen Bremsbelagwechsel ein Zwischenstück vorgesehen, welches als einziges Teil zu entnehmen ist, um den Schwimmsattel leicht auszubauen .

Aus der DE 600 1 9 31 9 T2 ist ein Kolben für eine Zyl inder- und Kolbeneinheit einer Scheibenbremse bekannt, mit einem Kopf und einem Körper, die dazu ausgebildet sind mit einem Bremsbelag in Kontakt zu gelangen, um auf eine Bremsscheibe zu wirken . Der Kopf und der Körper umfassen einen Schaft bzw. eine Aussparung für den Schaft, die einen Zwischenraum für ein Ring-Dämpfungselement bilden, das zwischen dem Kopf und dem Körper angeordnet ist und Schwingungen dämpft, die durch eine Bremstätigkeit im Kopf des Kolbens hervorgerufen werden . Aus der GB 2 1 23 909 A ist eine Scheibenbremse mit einer Bremsscheibe mit auf beiden Seiten der Bremsscheibe angeordneten Bremsbelägen und einem axial verschiebbaren Bremssattel bekannt, welcher einen Kolben aufweist, der einen der Bremsbeläge gegen die Bremsscheibe drückt. Aus US 2004/00795696 A1 ist ein Bremssattel mit Bremsbelag und einem Kolben bekannt, um eine Kraft auf den Bremsbelag auszuüben . Der Bremskolben weist einen hohl ausgebildeten Bremskolbenkopf auf. Aus vielfältigen Gründen ist es auch im Nutzfahrzeugbereich wünschenswert, im Bereich der Bremsanlagen Leichtbaumaterialien zu verwenden . Zu diesen Gründen zählen einerseits die damit erreichbare Gewichtsersparnis, andererseits aber auch ein besseres thermisches Verhalten bestimmter Leichtbaumaterialien gegenüber herkömmlichen Material ien . Da insbesondere bei schweren Nutzfahrzeugen sehr hohe Bremskräfte benötigt werden, beispielsweise in der Größenordnung von etwa 200 kN, halten herkömml iche Bremsanlagen, die mit Leichtbaumaterialien an kritischen Stellen gebaut sind, den hohen Belastungen nicht stand . In einem

Lastfall können sich die Leichtbaumaterialien dauerhaft verformen, was die

Sicherheit und Funktionstüchtigkeit der Bremsen beeinträchtigen kann . Der Einsatz von Leichtbaumaterialien, insbesondere im Bereich einer Belagträgerplatte, ist daher nicht ohne weiteres mögl ich und wird heutzutage meist vermieden . Aufgabe

Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Scheibenbremsenvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass sie den Einsatz von Leichtbaumaterialien, insbesondere von Leichtbau-Belagträgerplatten, ermögl icht, insbesondere bei Nutzfahrzeugen .

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Bremskolbenkopf gemäß Anspruch 1 , einen Bremskolben gemäß dem nebengeordneten Anspruch 1 0 sowie durch eine

Scheibenbremsvorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch 1 2.

Weiterführende Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ein erfindungsgemäßer Bremskolbenkopf für eine Scheibenbremsvorrichtung dient zur Bremskraftübertragung von einem Bremskolben auf eine Reibbelagträgerplatte. Der Bremskolbenkopf weist einen bremskolbenseitigen Krafteinleitungsbereich und einen der Reibbelagträgerplatte zugewandten Kraftausleitungsbereich auf. Die Querschnittsfläche des Bremskolben kopfes im Kraftausleitungsbereich ist größer als eine Querschnittsfläche im Krafteinleitungsbereich. Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Geometrie des

Bremskolbenkopfes auf Basis seines Materials, seiner Querschnittsfläche im Krafteinleitungsbereich und/oder seiner durch die Scheibenbremsvorrichtung vorgegebenen Einbauhöhe derart gewählt ist, dass im Wesentlichen alle vom Bremskolben in den Krafteinleitungsbereich eingeleiteten Kraftfeldlinien durch den Bremskolbenkopf hindurch über die gesamte Querschnittsfläche oder im

Wesentlichen die gesamte Querschnittsfläche des Kraftausleitungsbereichs verteilt in die Reibbelagträgerplatte übertragen werden.

Dadurch wird erreicht, dass die in den Krafteinleitungsbereich über den

Bremskolben eingeleiteten Kräfte im Wesentlichen auf die gesamte Fläche des Kraftausleitungsbereichs des Bremskolbenkopfes verteilt wird. Die Verteilung der Kraftausleitung im Kraftausleitungsbereich bedingt eine flächige Krafteinleitung in den Reibbelagträger und vermeidet dadurch Spannungsspitzen im

Reibbelagträger.

Dies wirkt einer möglichen Verformung des Reibbelagträgers entgegen und ermöglicht somit die Verwendung von Reibbelagträgern aus Leichtbaumaterialien. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Bremskolbenkopfes wird der Einsatz von

Leichtbaumaterialien in Bereichen möglich, in denen bisher solche

Leichtbaumaterialien nicht eingesetzt werden konnten.

Der erfindungsgemäße Bremskolbenkopf ist als Vollkörper ausgebildet. Es hat sich gezeigt, dass die Übertragung der Kraftfeldlinien über die gesamte

Querschnittsfläche des Kraftausleitungsbereichs mit Vollkörpern besonders gut realisierbar ist. Zudem lassen sich Vollkörper einfach herstellen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine gedachte Verbindungslinie, die in einem Längsschnitt durch den Bremskolbenkopf direkt gegenüberliegende

Querschnittsflächenränder des Krafteinleitungsbereichs und des

Kraftausleitungsbereichs miteinander verbindet, einen Winkel zwischen 25° und 55° zur Querschnittsfläche im Kraftausleitungsbereich aufweist. Es hat sich gezeigt, dass mit Hilfe einer solchen Geometrie des Bremskolbenkopfs eine entsprechende Verteilung von Kraftfeldlinien durch den Bremskolbenkopf erreicht werden kann. Zudem kann dadurch eine entsprechende Vergrößerung der Fläche des Kraftausleitungsbereichs gegenüber dem Krafteinleitungsbereich erreicht werden.

In einer ersten möglichen weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Geometrie des Bremskolbenkopfes auf Basis seines

Materials, seiner Querschnittsfläche im Krafteinleitungsbereich und/oder seiner durch die Scheibenbremsvorrichtung vorgegebene Einbauhöhe derart gewählt ist, dass alle vom Bremskolben in den Krafteinleitungsbereich eingeleiteten

Kraftfeldlinien oder im Wesentlichen alle vom Bremskolben in den

Krafteinleitungsbereich eingeleiteten Kraftfeldlinien über die gesamte

Querschnittsfläche des Kraftausleitungsbereichs oder im Wesentlichen die gesamte Querschnittsfläche des Kraftausleitungsbereichs homogen verteilt in die Reibbelagträgerplatte übertragen werden. Die jeweiligen Partialflächendrücke in Teilbereichen des Kraftausleitungsbereichs sind dadurch im Wesentlichen gleich.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die Reibbelagträgerplatte entsprechende Geometrien aufweisen kann, die die Krafteinleitung beeinflussen. Durch komplementäres Anpassen der Geometrie des Bremskolbenkopfes an die Reibbelagträgerplatte in der

entsprechenden Weise kann trotzdem eine homogene Krafteinleitung erreicht werden.

Ein anderer weiterführender Aspekt des erfindungsgemäßen Bremskolbenkopfes sieht vor, dass die Geometrie des Bremskolbenkopfes derart gewählt ist, dass sich die übertragenden Kraftfeldlinien im Wesentlichen durch den gesamten Bremskolbenkopf erstrecken . Somit ist der Bremskolbenkopf derart gestaltet, dass er durchgehend gleichförmig beansprucht wird und im Bremskolbenkopf selbst keine erhebl ichen Spannungsunterschiede auftreten . Dies reduziert die

mechanische Belastung des Bremskolbenkopfes und trägt zu dessen Langlebigkeit bei. Darüber hinaus ist der Bremskolbenkopf im Rahmen dieser Ausgestaltung der Erfindung in seinen Ausmaßen minimiert, sodass der Bremskolbenkopf leicht ist und kein Gewicht verschwendet wird . Gemäß einer weiterführenden Ausgestaltung des Bremskolbenkopfes kann vorgesehen sein, dass sich der Bremskolbenkopf im Querschnitt vom

Krafteinleitungsbereich zum Kraftausleitungsbereich monoton, insbesondere stufig oder kontinuierlich verbreitert. Auf diese Weise wird die über die

Krafteinleitungsseite des Bremskolbenkopfes eingeleitete Kraft auf eine größere Fläche ausgeleitet, wodurch der Bremsdruck besser verteilt wird . Die

Belagträgerplatte wird hierdurch gleichmäßiger und mit kleineren

Partialflächendrücken belastet. Die Spannungsunterschiede in der

Belagträgerplatte können verringert werden, wodurch das Verformungsrisiko Belagträgerplatte sinkt. Ob eine stufige oder eine kontinuierliche Verbreiterung gewählt wird, kann auch von den zur Verfügung stehenden Platzverhältnissen in einer entsprechenden Bremse abhängen .

Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen

Bremskolbenkopfs kann vorgesehen sein , dass die Kanten des Bremskolbenkopfs im Kraftausleitungsbereich gefast und/oder abgerundet sind, wobei der

Rundungsradius insbesondere zwischen 2 mm und 1 0 mm beträgt. Durch

Vorsehen einer Fase an den Kanten des Bremskolbenkopfs oder durch Vorsehen entsprechender Rundungen kann verhindert werden, dass Kraftspitzen über die äußeren Schichten des Bremskolbenkopfes, also in den Randbereichen,

übertragen werden . Eine Verteilung der Kraftfeldlinien durch den Bremskolbenkopf über die gesamte Querschnittsfläche des Kraftausleitungsbereichs, insbesondere eine homogene Verteilung, wird dadurch verbessert. Rundungsradien zwischen 2 mm und 1 0 mm haben sich als besonders geeignet erwiesen .

Ein weiterer Aspekt eines erfindungsgemäßen Bremskolbenkopfs sieht vor, dass der Bremskolbenkopf im Wesentlichen oder vollständig konusformig , insbesondere kegelstumpfförmig, ausgebildet ist. Durch entsprechende Berechnungen konnte gefunden werden, dass konusförmige Bremskolbenköpfe dazu geeignet sind, Kraftfeldlinien über die gesamte Querschnittsfläche des Kraftausleitungsbereichs zu verteilen .

Eine weitere mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bremskolbenkopfs sieht vor, dass der Durchmesser der Querschnittsfläche des

Kraftausleitungsbereichs zwischen 20 mm und 1 20 mm, insbesondere zwischen 40 mm und 90 mm, beträgt. Auf diese Weise lässt sich eine großflächige Anlage des Bremskolbenkopfs an einer Reibbelagträgerplatte erreichen .

Ein erster unabhängiger Gegenstand der Erfindung betrifft einen Bremskolben mit einem Bremskolbenkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Durch einen entsprechenden Bremskolbenkopf wird erreicht, dass Leichtbaumaterialien, beispielsweise Aluminiumleg ierungen, im Umfeld von Hochleistungsbremsanlagen , insbesondere im Nutzfahrzeugbereich, ermöglicht wird .

Gemäß einem weiterführenden Aspekt des erfindungsgemäßen Bremskolbens können Bremskolbenkopf und Bremskolben einstückig oder mehrstückig

ausgebildet sein . Einstückige Ausbildungen erleichtern die Montage einer entsprechenden Bremse, mehrstückige Ausgestaltungen können die

Standardisierung von Komponenten erleichtern .

Ein weiterer unabhängiger Gegenstand der Erfindung betrifft eine

Scheibenbremsvorrichtung mit wenigstens einer Reibbelagträgerplatte sowie wenigstens einem Bremskolbenkopf und/oder wenigstens einem Bremskolben, wie sie zuvor beschrieben wurden . Eine entsprechende Scheibenbremsvorrichtung kann mit Leichtbaumaterialien aufgebaut sein , insbesondere mit Belagträgerplatten aus Leichtbaumaterial ien, wie Aluminium .

Gemäß einem weiteren möglichen Aspekt der erfindungsgemäßen

Scheibenbremsvorrichtung kann vorgesehen sein , dass das Material des

Bremskolbenkopfes dem Material der Reibträgerplatte angepasst ist, insbesondere dem Material der Reibbelagträgerplatte entspricht. Auf diese Weise lassen sich Wärmeausdehnungsverhalten optimieren sowie d ie Wahrscheinl ichkeit von

Verformungen verringern . Auch unter Aspekten der Wärmeableitung kann durch Verwendung von gleichen oder ähnlichen Materialien Sprünge in den

Wärmeleitungseigenschaften, die die Wärmeableitung behindern , verhindern .

Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines

Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung . Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung . Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur schematisch einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße

Scheibenbremsanordnung .

Die Scheibenbremsanordnung weist einen Bremskolbenkopf 1 auf, welcher zwischen einem Bremskolben 200 und einer Reibbelagträgerplatte 300 angeordnet ist. Der Bremskolben 200 ist in dem vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel zylindrisch . Die Reibbelagträgerplatte 300 ist in dem dargestellten

Ausführungsbeispiel auf der dem Bremskolbenkopf 1 zugewandten Seite eben . In alternativen Ausführungsvarianten kann die Reibbelagträgerplatte 300 auf der dem Bremskolbenkopf 1 zugewandten Seite profiliert sein . In diesem Fall kann ein Kraftausleitungsbereich des entsprechenden Bremskolbenkopfes komplementär strukturiert sein . Der Bremskolbenkopf 1 ist ebenfalls rotationssymmetrisch und im dargestellten Ausführungsbeispiel kegelstumpfartig ausgebildet. Der Bremskolbenkopf 1 ist aus Vollmaterial gefertigt. Er weist keine Hohlräume auf und ist nicht aus einem

Komposit hergestellt. Reibbelagträgerplatte 300 und Bremskolbenkopf 1 bestehen aus gleichen Materialien, vorl iegend einer leichten Aluminiumlegierung .

Der Bremskolbenkopf 1 weist einen Krafteinleitungsbereich 1 0 auf, über den Kraft von dem Bremskolben 200 in den Bremskolbenkopf 1 eingeleitet wird . Eine

Stirnseite des Bremskolbens 200 und der Krafteinleitungsbereich 1 0 des

Bremskolbenkopfs 1 sind komplementär zueinander gestaltet, vorliegend eben .

Der Krafteinleitungsbereich 1 0 weist eine Querschnittsfläche 1 1 auf, die eine erste Größe hat. Der Kraftausleitungsbereich 20 weist eine Querschnittsfläche 21 auf, die gegenüber der Querschnittsfläche 1 1 des Krafteinleitungsbereichs 1 0 größer ist.

Hierdurch ergibt sich, dass eine Verbindungslinie L-L zwischen einem

Querschnittsflächenrand 1 2 der Querschnittsfläche 1 1 des Krafteinleitungsbereichs 1 0 und einem Querschnittsflächenrand 22 der Querschnittsfläche 21 des

Kraftausleitungsbereichs 20 gegenüber der Querschnittsfläche 21 einen Winkel α einnimmt, der, abhängig von den Querschnittsflächen und einer Einbauhöhe h zwischen 0° und 90° liegt. Es hat sich gezeigt, dass Winkel α zwischen 25° und 45° einen erfindungsgemäßen Aufbau eines entsprechenden Bremskolbenkopfs 1 ermögl ichen .

Der erfindungsgemäße Bremskolbenkopf 1 ist an dem Querschnittsflächenrand 22 abgerundet. Der Rundungsradius R der Abrundung beträgt vorl iegend etwa 2 mm . Der Bremskolbenkopf 1 nutzt die sogenannte Gewölbewirkung aus, die eine gleichmäßige Verteilung von Kraftfeldlinien von der Krafteinleitungsfläche 1 0 zur Kraftausleitungsfläche 20 ermöglicht. Somit werden die über den Krafteinleitungsbereich 10 eingeleiteten Kraftfeldlinien über die gesamte Querschnittsfläche 21 des Kraftausleitungsbereichs 20 homogen verteilt. Spannungsspitzen in diesem Bereich werden wirkungsvoll vermieden.

Bezugszeichenliste

1 Bremskolbenkopf

1 0 Krafteinleitungsbereich

1 1 Querschnittsfläche Krafteinleitungsbereich

1 2 Querschn ittsflächenrand

20 Kraftausleitungsbereich

21 Querschnittsfläche Kraftausleitungsbereich

22 Querschn ittsflächenrand

1 00 Scheibenbremsvorrichtung

200 Bremskolben

300 Reibbelagträgerplatte h Einbauhöhe

L-L Verbindungslin ie

R Rundungsradius

α Winkel