Die Erfindung betrifft einen kaltumgeformten Bremskolben - vorzugsweise mit Schnittstellenarrangement für eine Fest- stellbremse - mit den Merkmalen vom Oberbegriff vom Patentanspruch 1.

Topfförmige und einseitig offene Bremskolben mit Kolbenboden und Kolbenwandung sowie passendem Schnittstellenarrangement zur Verwendung für Betriebsbremssättel von Scheibenbremsen sind grundsätzlich bekannt. Diese Kolben sind durch Umformverfahren erhalten, also nicht einfach gegossen und zerspant, sondern durch Umformprozesse mittels Fliesspressen oder Tiefziehen gewonnen. Bremskolben für Betriebsbremsen sind durch eigenständige Schwerpunkte und Entwicklungszielrichtungen zur umgewidmeten Nutzung bei kombiniert betätigbaren Feststellbremssätteln nicht geeignet. Beispielsweise ist deren Kolbeninnenraum zum Eingriff und zur Fixierung einer Reibbelaghaltefeder optimiert, und wobei jegliche Schnittstelle für einen Feststellbremsmechanismus fehlt.

Aus der EP 2 304 265 Bl ist ein umgeformter, kaltverfestigter sowie mehrteilig gebauter Feststellbremskolben aus Stahlwerkstoff mit Zielrichtung zur Verwendung für einen kombiniert betätigbaren Feststellbremssattel bekannt, der im wesentlichen als einseitig offener, topfartiger Hohlzylinder gestaltet ist, und einen Boden sowie einstückig daran eine Kolbenwandung mit einer Nut umfasst, wobei der Boden ausgehend vom Topfinneren mit Bremsdruck beaufschlagbar ist, so dass eine auswärts gerichtete Anlagefläche des Bodens gegen einen Bremsbelag pressbar ist, und wobei das Topfinnere einen Napf als Druckstück aufnimmt, das in einen Kraftfluss von einem Feststellbremsmechanismus einge ^¬ bunden ist, indem eine Gewindemutter mittelbar über das

Druckstück zwecks Kraftübertragung über eine Konusfläche am Boden abgestützt ist. Demzufolge verfügt das Bremskolbensystem neben seinen Schnittstellen zur Betriebsbremse über ein zusätzliches Schnittstellenarrangement zur Interaktion mit einem Feststellbremsmechanismus. Eine Kolbenwandung von dem Kolben verfügt dazu über eine Aufnahme für das Druckstück, welches verdrehgesichert im Kolben angeordnet ist. Ein Vorteil dieser bekannten Lösung ist Wesentlich im Druckstück verkörpert, das die Kolbenwandung einerseits entlastet, und andererseits ein Kolbenbaukastensystem ermöglicht. Bekannte Napfziehverfahren leiden unter einem erhöhten Aufwand beziehungsweise dem

Nachteil, dass diese grundsätzlich mit einer sukzessiven Wandstärkenverringerung (bezogen auf die ursprüngliche

Blechdicke) einhergehen, ein Kolbenboden prinzipiell über die dickste Wandstärke vom Kolbensystem verfügt, und wobei die Kolbenwandung demgegenüber reduziert, nämlich abgestreckt geformt ist. Demzufolge wird die eingeräumte Gestaltungs ^¬ freiheit, bei vertretbarem Aufwand, unangemessen beengt empfunden . Weil aktuell ein Bedürfnis nach alternativen und funktions- verbessert gestalteten Bremskolben besteht, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen besonders rationell kaltumgeformt darstellbaren Bremskolben vorzulegen, welcher zudem über eine verbesserte Harmonie im Kraftfluss über seine Schnittstellen in der Interaktion mit seiner Kolbenführung verfügt, und auch hinsichtlich seiner Belastbarkeit gesteigert ist, bzw. bei ausreichender Belastbarkeit ein reduziertes Gewicht ermöglicht. Die Aufgabe erstreckt sich ebenso auf die Bereitstellung vom passenden Umformverfahren bzw. Werkzeugbau zur Applikation/Interaktion für eine mikroprozessorgestützte (Hub-, Kraft-, und oder Geschwindigkeitsvariation) mechanische oder hydraulische Presse. Die Aufgabe wird erstmals bei einem Bremskolben, prinzipiell unter Verzicht auf ein besonderes Druckstück, sowie spanlos, anhand von einem partiell kaltgestauchten, oder abgestreckten, zylindrischen Kolbenwandabschnitt gelöst, welcher mit partiell deformierter Kolbenwandung vorliegt, die durch plastische

Werkstoffdeformation mittels WerkstoffUmverteilung (Fließen) einschließlich Kaltverfestigung in Ihrer Wandstärke sl-x (bezogen auf die ursprüngliche Werkstoff/Blechdicke sO) adaptiv verändert ausgebildet ist. Die Erfindung ermöglicht demzufolge ein freies Umformen, einschließlich mehrfache Wechsel zwischen dünnen und dicken Passagen bei freiheitlicher Wandstärkengestaltung, ohne an die Grundsätze einer unumkehrbar-sukzessiven Wandstärkenreduktion beim Umformen (wie insbesondere durch Reduktion der Wandstärke beim Tiefziehen: dick > dünn) gebunden zu sein. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass diese in Ihrer Anwendung universell ist, und sich also zudem für eine Applikation bei den Feststellbremskolben eignet.

Dabei bezieht sich die Erfindung in bevorzugter Ausgestaltung primär auf partiell verdickt ausgebildete Wandstärkenbezirke (bezogen auf eine ursprüngliche Werkstoff/Blechdicke sO), indem a) eine Kolbenwandung in einem Kolbenwandabschnitt örtlich begrenzt durch axial gerichtete Druck- und/oder Zugspannung zylindrisch-glatt sowie nutfrei derart gezogen ausgebildet ist, dass b) eine Kolbenwandung in dem Kolbenwandabschnitt eine einstückig ausgeprägte Wandkonsole ausbildet, die radial einwärts in Richtung Kolbenlängsachse sowie ununterbrochen bzw. unterbrochen ringförmig umlaufend derart vorfällt, dass c) die Kolbenwandstärke in dem Kolbenwandabschnitt der Wandkonsole örtlich begrenzt um ein Vielfaches erhöht ist in Relation bezogen auf Kolbenwandstärken von seitlich benachbart (lateral versetzt) angrenzenden Kolbenwandabschnitten. Ein besonderer Vorteil erfindungsgemäßer Bremskolben besteht in deren leicht sowie stabil ausgeführtem Aufbau bei rationalisierter Herstellung in Verbindung mit verbesserter Tragfähigkeit in Kooperation mit dem Kolbenführungssystem. Im Fokus steht dabei eine besonders beanspruchungsgerecht örtlich begrenzt ausgeprägte, und dabei rationell-gürtelartig erstellte, Kolbenwandaufdickung, die durch WerkstoffVerdrängung und -Umverteilung (fließen) aus dem freien Randbereich der Kolbenwandung ausgeht. Dabei ist die Aufdickung dazu prädestiniert, um Spannungskonzentrationen und Spannungsmaxima in der Kolbenwandung - entsprechend den Gesetzen der Kesselformel - effizient aufzufangen. Das entsprechende Umformverfahren umfasst im Wesentlichen mindestens einen

Verfahrensschritt wobei die Kolbenwandung, zur Erzeugung von einem dreiachsigen Spannungszustand, in Axialrichtung parallel zur Bremskolbenlängsachse, mit Druck eingespannt wird. Dies führt zur Verlagerung vom Werkstoffvolumen V in Richtung V .

Ein alternativer erfindungsgemäßer Herstellprozess , welcher gleichfalls eine spanlose Verlagerung vom Werkstoffvolumen integriert, erstreckt sich auf ein besonderes Innenrollier- verfahren. Dies umfasst ein Rollierwerkzeug, das frei drehbar und vorzugsweise im Übrigen fest deaxiert in dem Arbeitsraum gelagert angeordnet ist. Ein napfförmiger Bremskolbenrohling ist von außen in einer drehbar angetriebene Spannvorrichtung eingespannt. Es wird vorgeschlagen, dass die Spannvorrichtung, neben der Antriebsdrehbewegung zusätzlich die Vorschubbewegung und die Zustellbewegung in Relation zu dem Rollierwerkzeug ausführt. In weiterer Alternative ist es jedoch denkbar, dass dem Rollierwerkzeug die Ausführung von der Vorschubbewegung und/oder von der Zustellbewegung zukommt, während der Bremskolbenrohling dreht .

Zum erfindungsgemäßen Leichtbaukonzept trägt es bei, wenn jeweils seitlich benachbart neben der Kolbenwandaufdickung die unverdickte, also einfache, Kolbenwandstärke vorliegt. Mit anderen Worten sind die beiden Kolbenwandabschnitte, welche lateral-seitlich neben der aufgedickten Wandkonsole versetzt arrangiert sind, in Bezug auf die Wandstärke reduziert gestaltet. Weiterhin vorzugsweise stimmt die Kolbenwandstärke in den beiden lateral seitlich versetzten Kolbenwandabschnitten im Wesent- liehen identisch überein.

Ein rationeller Aufbau wird erhalten, wenn die aufgedickte Wandkonsole zudem die Schnittstelle für die Feststellbrems- aktuatorik integriert. Selbstzentrierende Eigenschaften werden unter reduzierten Kerbwirkungseinflüssen unter weitgehend minimiertem Zusatzwerkstoffaufwand erhalten, wenn jede Wand ^¬ konsole über wenigstens eine Flanke mit einer Konizität verfügt. Alternativ oder ergänzend hierzu ist es bei graduell veränderten Dauerfestigkeitswerten ermöglicht, wenn die Wandkonsole über eine Flanke mit balliger Ausprägung verfügt.

Lateral seitlich neben der aufgedickten Wandkonsole, sowie in Richtung zum Kolbenboden versetzt, kann eine Aussteifung zur biegesteifen Stabilisierung im Bereich zwischen Kolbenboden und Kolbenwandung vorgesehen sein. Beispielhaft handelt es sich bei dieser Aussteifung um eine radial einwärts einrollierte Nut, die in Verbindung mit einer einfachen, unverdickten Kolbenwandstärke in die Kolbenwandung derart eingeprägt ist, dass die Kolben ^¬ wandung einen mäanderartig radial einwärts gewundenen Vorfall in Richtung Kolbenlängsachse beschreibt.

Die Systementlüftbarkeit wird positiv unterstützt, wenn die aufgedickte Wandkonsole und der Vorfall in Radialrichtung jeweils unterschiedlich tief in Richtung Kolbenlängsachse ins Kolbeninnere vorstehen. Vorzugsweise ist in diesem Zusammenhang der Vorfall kleiner als die Wandkonsole ausgebildet.

Die Prozesstechnologie erhellt mithin aus den Merkmalen von nebengeordneten Patentansprüchen, welche unabhängig vom Bremskolben als primäres Produkt, also gesondert zum Sachan ^¬ spruch, nebeneinander sehr sinnvolle Verfahren sowie Vorrichtungen zur Durchführung von den neuartigen Umformprozessen zum Gegenstand haben.

Weitere Merkmale, Vorteile sowie Wirkungen der Erfindung gehen aus Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung anhand der Zeichnung hervor. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 einen bekannten Feststellbremskolben, vergrößert perspektivisch sowie geschnitten, gemäß EP 2 304 265 Bl zwecks grundsätzlicher Erläuterung,

Fig. 2 etwa maßstabgerechter Längsschnitt durch eine Aus- führungsformen vom erfindungsgemäßen Bremskolben,

Fig. 3 Kolbenlängsschnitt wie in Fig. 2, etwa 2,5fach vergrößert, Fig. 4 nur die Wandkonsole vergrößert gemäß Einzelheit IV in Fig. 3,

Fig. 5 schematisch vereinfachte Veranschaulichung zu Verfahren, Vorrichtung und Kinematik gemäß einer Ausgestaltung mit zugehörigem Vorrichtungsbau unter Verwendung eines Dorns zur Ausbildung einer verdickten Wandkonsole, und

Fig. 6 schematisch vereinfacht ein alternativer Herstell- prozess, umfassend ein frei drehbar gelagertes Innenrollier- Werkzeug und eine feste Außeneinspannung vom Bremskolbenrohling, und wobei die Spannvorrichtung neben dem rotatorischen Antrieb zusätzlich die Vorschubbewegung und die Zustellbewegung in Relation zu dem Rollierwerkzeug ausführt. Bezüglich Fig. 1 wird zwecks erleichtertem Verständnis wie auch zwecks Vermeidung von unnötiger vollständiger Wiederholung die Beschreibung der EP 2 304 265 Bl hiermit in vollem Umfang einbezogen, so dass anhand dieses Rückgriffs hiermit eine rudimentäre Aufzählung der bekannten Zusammenhänge genügt.

Ein Bremskolben 1 nach Fig. 1 ist in Umformprozessen aus einem metallischen Werkstoff, wie beispielsweise aus einem ebenen Blech einer Wandstärke sO , hergestellt, und als einseitig offener Topf mit einer Kolbenlängsachse A, mit einer Kolben ^¬ wandung 2 und mit einem Kolbenboden 3 einstückig ausgebildet. Der Kolbenboden 3 dient in multipler (dreifacher) Hinsicht als Schnittstelle. Einerseits ist der Kolbenboden 3 mit einer axialen Anlagefläche an eine Rückenplatte 4 von einem symbolhaft ge- zeigten Bremsbelag anlegbar. Auf der diametral gegenüber arrangierten Seite begrenzt der Kolbenboden 3 mit dem Kolbeninneren 5 einen hydraulischen Druckraum und die Feststellbremsaktuatorik wirkt ebenfalls auf den Kolbenboden 3 ein. Dazu ist im Kol ^¬ beninneren 5 ein dünnwandiger gesonderter Napf 6 mit einer Konusfläche vorgesehen, der zweistückig mit dem Bremskolben 1 ausgebildet ist. Der Napf 6 ist wie der Bremskolben 1 in Um ^¬ formprozessen aus einem metallischen Werkstoff, wie insbesondere aus einem ebenen Blech, hergestellt. Die Kolbenwandung 2 verfügt über eine einheitliche Wandstärke s. Der Kolbenboden 3 ist im Vergleich zur Kolbenwandung 2 mit graduell verdickter Wandstärke sb ausgeführt.

Die Figuren 2 -4 verdeutlichen nähere Einzelheiten von einem neuartigen sowie erfindungsgemäß ausgebildeten Bremskolben 1 wie folgt. Die Kolbenwandung 2 wird vorzugsweise durch Einspannung zwischen Kolbenboden 3 und freiem Rand in axialer Richtung unter Druck gesetzt. Im Metallwerkstoff wird folglich ein dreiachsiger Spannungszustand induziert, der dazu führt, dass sich Werk ^¬ stoffteilchen vergleichbar einer Flüssigkeit verlagern können. Dadurch ist die Kolbenwandung 2 im örtlich begrenzten, zylindrischen Kolbenwandabschnitt außen zylindrisch-glatt sowie nutfrei gezogen ausgebildet. Die Kolbenwandung 2 bildet örtlich in einem begrenzten Bezirk infolge Werkstoffteilchenverlagerung einen Wandabschnitt mit einstückig ausgeprägter Wandkonsole 7 aus, die radial in Richtung Kolbenlängsachse A sowie prinzipiell ringförmig umlaufend so vorfällt, dass die Wandstärke s2 in dem Kolbenwandabschnitt der Wandkonsole 7 örtlich begrenzt um ein Vielfaches erhöht ist. Diese Wandstärkendifferenzangabe gilt jeweils in Relation bezogen auf die geringste Kolbenwandstärke sl im Kolbenwandabschnitt der lateral seitlich benachbart zu der aufgedickten Wandkonsole 7 vorliegt, also dazu seitlich versetzt arrangiert ist. Die seitlich versetzten Kolbenwandabschnitte können im direkten Vergleich untereinander über

frei-unterschiedliche oder identisch übereinstimmend ausge ^¬ führte Wandstärke sl,s3 verfügen. In jedem Fall sind diese Wandabschnitte dünner gestaltet als die Aufdickung. Die Be ^¬ messung des aufgedickten Wandabschnitts mit der Wandstärke s2 liegt dabei beispielhaft vorzugsweise in einem Bereich vom, im Wesentlichen etwa, 0,1 - 10 fachen einer unverdicken „Regelwandstärke" sl. In Ergänzung wird jeweils für sich oder in Kombination für die gegenseitigen Relationen, Verhältnisse und Bemessung der Wandstärken folgende Richtlinie erteilt: 1) Sb entspricht ungefähr der Bandausgangsdicke So und ist kleiner als S2; b) S3 ist in etwa gleich oder größer als Sl; c) S2 ist größer S3; d) Sn ist in etwa gleich oder kleiner Sl.

Die aufgedickte Wandkonsole 7 ist bei einer bevorzugten Aus- gestaltung dazu eingerichtet und bestimmt, um eine Schnittstelle für die Feststellbremsaktuatorik zu integrieren. Dabei verfügt die Wandkonsole 7 über wenigstens eine Flanke 10 mit einer Konizität oder Balligkeit. Lateral seitlich neben der aufge ^¬ dickten Wandkonsole 7 , sowie in Richtung zum Kolbenboden 2 quer zur Kolbenlängsachse A versetzt, ist bei der bevorzugten Variante eine radial einwärts einrollierte Nut 8 mit Wandstärke sn in die Kolbenwandung 2 derart eingeprägt, dass die Kolbenwandung 2 einen Vorfall 11 in Richtung Kolbenlängsachse A ausprägt. Die

Wandkonsole 7 und der benachbarte Vorfall 11 sind unterschiedlich hoch. Demzufolge ragen diese in Radialrichtung R gesehen jeweils unterschiedlich tief in das Kolbeninnere 5 (Richtung Kolbenlängsachse A) . Der Vorfall 11 kann gleich, „kleiner" oder größer als die Wandkonsole 7 ausgebildet sein.

Die Herstellung erfolgt in einer ersten Lösung durch Fließpressen wie in Fig. 2 rudimentär verdeutlicht, indem eine zylindrische Kolbenwandung 2 von einem napfförmig-kaltumgeformten Bremskolbenrohling, zur Ausprägung von einem örtlich begrenzt aufgedickten Bremskolbenwandabschnitt mit Wandkonsole 7 im

Kolbeninneren 5, zwischen Kolbenboden 3 und freiem Rand 12, in Axialrichtung ax parallel zur Kolbenlängsachse A unter Zug- spanung und/oder Druckspannung eingespannt wird (Fließpressen) . Matritze, Patritze bzw. Schieber, Wider- bzw. Niederhalter, Druckkissen, Gesenke oder andere mögliche Anbauteile und Komponenten sind zur Vereinfachung weggelassen.

Nachstehend wird begleitend auf Fig. 5 Bezug genommen. Dies andere Herstellungsverfahren basiert ebenfalls auf der Wei- terverarbeitung von einem napfförmig-kaltumgeformten Bremskolbenrohling. Dabei ist ein Außendurchmesser D einer Stufe 13 an einem translatorisch verschiebbar geführt gelagerten Dorn 14 in Bezug auf einen Innendurchmesser d im Kolbeninneren 5 eines fest gelagert angeordneten, napfförmigen Bremskolbenrohlings übermaßig ausgeführt. Der Dorn 14 wird mit seiner Stufe 13

(Formwerkzeug) translatorisch sowie koaxial zur Kolbenlängs ^¬ achse A in das Kolbeninnere 5 vom Bremskolbenrohling eingeführt. Dadurch wirkt die Stufe 13 vergleichbar einem Formstempel /WerkstoffVerdrängungswerkzeug und wirft bugwellenartig einen örtlich begrenzt aufgedickten Bremskolbenwandabschnitt incl . Die Wandkonsole 7 im Kolbeninneren 5 auf.

Die Fig. 5 verdeutlicht einen Tisch 15 vom Arbeitsraum 16 einer mikroprozessorgesteuerten hydraulischen Presse P mit im Arbeitsraum 16 translatorisch reversierbar geführtem Stößel 17 mit Kraft-Hub- oder Kraft-Geschwindigkeitsregelung. Auf dem Tisch 15 ist eine Matritze 18 fixiert. Die Matritze 18 dient zur Lagerung und Einspannung vom napfförmig-kaltumgeformten Bremskolben- rohling 19. Infolge Vorschub vom translatorisch, sowie axial relativverschiebbar über eine Stößelführung geführt gelagerten Dorn 14, wird eine lokale Aufdickung und/oder Wandkonsole 7 im Kolbeninneren 5 aufgeworfen. In diesem Prozess wird der Dorn 14 vorzugsweise unter variierter Kraft-Hub-Regelung, bezie- hungsweise Kraft-Geschwindigkeits-Steuerung, kontrolliert dosiert in das Kolbeninnere 5 vom Bremskolbenrohling 19 eingeführt .

Bei Bedarf ist die Kolbenwandung 2 mit mehreren aufgedickten Abschnitten bzw. Wandkonsolen 7 versehen, die nebeneinander also zueinander mit Abstand arrangiert sind. Es ist möglich, dass diese Abschnitte bzw. Konsolen im Durchmesser kaskadiert vorliegen. Um dies in einem Arbeitsgang mit einem Werkzeug auszubilden, kann der Dorn 14 mehrere entsprechend kaskadierte Stufen 13 aufweisen, die jeweils im Abstand axial hintereinander vorgesehen sind.

Alternativ zu der tiefziehartigen Innenbearbeitung mit Dorn 14 ist es möglich, eine profilierte, rotationssymmetrische In- nenkontur durch Rollieren mit Hilfe von einem nach radial auswärts auf die Innenwandung einwirkenden, exzentrisch rotierend gelagertem (Achse A Deaxierung Δ) , Rollierwerkzeug 21 auszuführen. Dabei wird die Wandstärkenvariation also WerkstoffVerdrängung im Wesentlichen durch eine koordiniert ge- regelte Vorschubbewegung sowie Zustellung zwischen dem deaxiert drehbar arrangierten Rollierwerkzeug 21 und dem Bremskolbenrohling 19 in Verbindung mit einer entsprechend passenden Andruckkraftmodulation erzeugt. In diesem Zusammenhang erhellt aus Fig. 6 beispielhaft ein entsprechendes Verfahren mit Rollierwerkzeug 21 zum Innenrollieren vom topfförmigen, metallischen Bremskolbenrohling 19. Demzufolge ist in einem Arbeitsraum 16 ein frei drehbar gelagertes Innenrollierwerkzeug 21 deaxiert arrangiert (Achsversatz Δ) . Das Rollierwerkzeug kann als lose, frei drehbar gelagerte, Rolle vorliegen, die nach radial außen zustellbar ist. Der topfförmige - vorzugsweise tiefgezogene - Bremskolbenrohling 19 ist in einer Spannvorrichtung 22 unter Einhaltung der Kolbenlängsachse A fixiert, also von außen eingespannt. Die Spannvorrichtung 19 führt dabei eine rotatorische Antriebsdrehbewegung sowie eine Zustellbe ^¬ wegung und auch die Vorschubbewegung in Relation zu dem deaxiert arrangierten Rollierwerkzeug 21 aus. Ein Vorteil dieser An ^¬ ordnung besteht darin, dass das Rollierwerkzeug fix ist, also keinerlei Verstellbewegung erfährt, wohingegen ausschließlich die Spannvorrichtung eine Antriebsdrehbewegung sowie Zustell- und Vorschubbewegung ausführt. Wie oben erläutert, ist es auf Wunsch jedoch auch möglich dass eine Zustell- und/oder Vorschubbewegung von dem Rollierwerkzeug 21 ausgeführt wird, während der Bremskolbenrohling in seiner Spannvorrichtung 22 gedreht wird, ohne den Kerngedanken zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1 Bremskolben

2 Kolbenwandung

3 Kolbenboden

4 Rückenplatte

5 Kolbeninneres

6 Napf

7 Wandkonsole

8 Nut

9 Bremssattel

10 Flanke

11 Vorfall

12 Rand

13 Stufe

14 Dorn

15 Tisch

16 Arbeitsraum

17 Stößel

18 Matritze

19 Bremskolbenrohling

20 Entlüftungskanal

21 ( Innen- ) Rollierwerkzeug

22 Spannvorrichtung

A Kolbenlängsachse

A' Achse (Rollierwerkzeug 21) ax Axialrichtung

R Radialrichtung

F (Press-) Kraft

Sü-s _x Wandstärke

V,V Werkstoffvolumen

D,d Durchmesser P Presse

Δ Achsversatz (Deaxierung zwischen Bremskolbenrohling Rollierwerkzeug 21)