Die Erfindung betrifft eine Schwimmsattel-Teilbelagschei¬ benbremse für Kraftfahrzeuge, deren Bremsengehäuse aus Leichtmetall gegossen und mittels Bolzen oder Hülsen aus einem hochfesten Werkstoff verstärkt ist.

Man ist allgemein bestrebt, das Gewicht von Kraftfahrzeugen zu vermindern, um den Kraftstoffverbrauch zu senken, und speziell daran interessiert, die am Fahrzeugrad angeordne¬ ten, ungefederten Massen so klein wie möglich zu halten, um die Fahreigenschaften zu verbessern. Aus diesen Gründen ge¬ winnt die Leichtbauweise bei Fahrzeugbremsen immer mehr an Bedeutung.

Bei einer Teilbelagscheibenbremse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 überträgt ein U-förmiger Schwimmsattel die zum Andruck der Bremsbacken an die Bremsscheibe erfor¬ derliche hohe Zuspannkraft. Dabei ist besonders eine die Bremsscheibe übergreifende Sattelbrücke hohen Biegespannun¬ gen ausgesetzt. Damit sich der Schwimmsattel beim Bremsen nicht unzulässig weit aufbiegt, muß er eine hohe Steifig- keit aufweisen. Andererseits ist der radiale Einbauraum zwischen dem äußeren Rand der Bremsscheibe und der Radfelge begrenzt.

Es besteht daher die Notwendigkeit, für den Schwimmsattel ein hochfestes Material mit hohem Elastizitätsmodul vorzu¬ sehen. Verbreitet ist die Verwendung von Grauguß oder ähn¬ lichen hochfesten Materialien, die aber ein relativ hohes spezifisches Gewicht aufweisen. Leichtmetalle, beispiels¬ weise Aluminium oder leichte Legierungen besitzen jedoch geringe Elastizitätsmodule, jedenfalls wenn der Material¬ preis im wirtschaftlich vertretbaren Rahmen liegen soll.

Es sind nun beispielsweise aus der DE-OS 29 50 660 Teilbe¬ lagscheibenbremsen mit einem Schwimmsattel aus Leichtmetall bekannt, bei denen besonders stark beanspruchte Bereiche des Sattelgehäuses mit eingegossenen Einlegeteilen aus ei¬ nem hochfesten Werkstoff verstärkt sind. Diese Sattelgehäu¬ se haben den Nachteil, daß die Einlegeteile vom Leichtme¬ tall vollständig ummantelt sind, wobei die auf Zug beson¬ ders stark belasteten, der Bremsscheibe benachbarten Ober¬ flächenzonen aus Leichtmetall bestehen. Weiterhin müssen die Einlegeteile aufgrund ihrer an den Schwimmsattel ange¬ paßten Form speziell für diesen Zweck hergestellt werden, was nicht unerhebliche Zusatzkosten verursacht.

Bei einer aus der DE-AS 12 86 845 bekannten gattungsgemäßen Scheibenbremse wird der Schwimmsattel durch einen in einer achsparallelen Bohrung der Sattelbrücke angeordneten Schraubbolzen verstärkt. Nachteilig ist bei dieser Anord¬ nung der ^" Bolzen nicht in dem besonders stark auf Zug bela¬ steten, dem radial äußeren Rand der Bremsscheibe und der Bremsbacken unmittelbar benachbarten Bereich der Sattel¬ brücke angeordnet. Außerdem wird ein kompliziert ausgestal¬ teter und damit teurer Spezialbolzen verwendet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Teilbe¬ lagscheibenbremse hinsichtlich Gewicht und Steifigkeit des Sattelgehäuses zu optimieren, ohne den Einbauraum zu ver¬ größern.

Eine erste Lösung der Aufgabe ergibt sich aus dem kenn¬ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Durch die Verwen¬ dung von Aluminiumguß und die Aussparungen der Sattelbrücke wird ein vorteilhaft geringes Gewicht erzielt. Durch die Anordnung der Bolzen in unmittelbarer Nähe der Bremsscheibe wird die Steifigkeit des Schwimmsattels optimiert. Die er¬ findungsgemäße Bremse weist bei reduziertem Gewicht im we¬ sentlichen dieselben Abmessungen und vergleichbare Leistun¬ gen auf, wie eine Bremse aus herkömmlichem Material, bei¬ spielsweise Grauguß, wobei die Herstellungskosten in wirt¬ schaftlich vertretbarem Rahmen bleiben.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwimmsattels gemäß Anspruch 2 werden handelsübliche Schraubbolzen aus Stahl verwendet, die besonders kostengün¬ stig zu beschaffen sind. Durch das Vorspannen der Bolzen gemäß Anspruch 3 wird die Steifigkeit des Schwimmsattels weiter erhöht.

In einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 oder 5 ist ein an einer Bremsbacke radial abgestützter Schwimm¬ sattel über die Bolzen abgestützt. Dies hat den Vorteil, daß ein erhöhter Verschleiß des Sattelgehäuses an den Stützstellen vermieden wird.

Eine zweite Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkma¬ len des Patentanspruchs 6. Im Prinzip besteht die erfin-

dungsgemäße Lösung darin, im Ξchwi msattel Verstärkungsele¬ mente in Form von zylindrischen Stiften oder Hülsen anzu¬ ordnen, die im wesentlichen ohne axiale Vorspannung in Boh¬ rungen der Sattelbrücke eingesteckt sind. Der Schwimmsattel wird nämlich im Bereich der Sattelbrücke hauptsächlich durch Biegebeanspruchung und in wesentlich geringerem Maß durch Zugbeanspruchung verformt. Der Verzicht auf die axia¬ le Vorspannung hat also nur einen geringfügigen Einfluß auf die Steifigkeit des Schwimmsattels. Andererseits ergibt sich daraus aber der Vorteil, daß die Bohrungen der Sattel¬ brücke und die Stifte oder Hülsen ohne Gewinde und daher besonders einfach ausgestaltet sein können. Die Stifte oder Hülsen sind auf einfache Weise und kostengünstig herstell¬ bar. Auch die Montagekosten werden reduziert, da die Stifte oder Hülsen in die Sattelbrücke lediglich eingesteckt wer¬ den müssen. Um eine hohe Festigkeit der Verstärkungselemen¬ te zu gewährleisten, bestehen diese gemäß Anspruch 7 vor¬ zugsweise aus Stahl, wobei die Oberflächen gemäß Anspruch 8 verzinkt und/oder vernickelt sein können.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verstärkungs¬ elemente gemäß Anspruch 9 als hohlzylindrische Hülsen oder Rohre ausgebildet. Dadurch wird das Gewicht des Schwimmsat¬ tels ohne wesentliche Auswirkung auf seine Steifigkeit wei¬ ter reduziert. Wenn man die Hülsen oder Rohre gemäß An¬ spruch 10 zusätzlich mit einem in Längsrichtung durchgehen¬ den Schlitz versieht, erhält man den Vorteil, daß gewisse Fertigungstoleranzen bezüglich des Durchmessers der Bohrun¬ gen in der Sattelbrücke ausgeglichen werden können. Insbe¬ sondere bei einem Preßsitz der Verεtärkungselemente in den Bohrungen gemäß Anspruch 12 gewährleistet der genannte To¬ leranzausgleich ein verliersicheres Verklemmen der Verstär¬ kungselemente.

In einer anderen einfachen Ausgestaltungsform gemäß An¬ spruch 11 sind als Verstärkungselemente massive zylindri¬ sche Stifte vorgesehen, die durch eine über ihre gesamte Länge verlaufende Nut gemäß Anspruch 14 noch verbessert werden können. Wenn nämlich die Bohrungen der Sattelbrücke gemäß Anspruch 13 als Sackbohrungen ausgeführt sind, dient die Nut als Entlüftungskanal beim Einpressen der paßgenauen Stifte in die Sackbohrungen.

In einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 15 ist vorgesehen, daß die Verstärkungselemente mittels einer Ver¬ formung des offenen Endes der Sackbohrungen gesichert sind. Diese Maßnahme empfiehlt sich insbesondere bei Verwendung massiver Stifte, da die Elastizität des Preßsitzes eine verliersichere Halterung der Stifte in den Bohrungen nicht in jedem Fall gewährleisten kann. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß der Schwimmsattel und die Stif¬ te aus verschiedenen Materialien mit verschiedenen Wärme¬ ausdehnungskoeffizienten bestehen.

Um die Sattelbrücke in allen ihren Bereichen möglichst gleichmäßig zu verstärken, wird eine Ausführungsform gemäß Anspruch 16 empfohlen, bei der insgesamt zwölf Verstär¬ kungselemente mit relativ geringen Durchmessern in zwölf Bohrungen der Sattelbrücke symmetrisch ?ur Bremsenmitte an¬ geordnet sind. Dabei liegen vorzugsweise jeweils sechs Ver¬ stärkungselemente in zwei Reihen übereinander, wobei die beiden Reihen in Umfangsrichtung der Bremsscheibe gegenein¬ ander versetzt sind.

Falls höhere Anforderungen an die Steifigkeit des Schwimm-

satteis gestellt werden, empfiehlt sich eine Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 17, bei der zusätzlich ein an die Sattelbrücke angrenzender Schenkel des Schwimmsattels durch die Anordnung weiterer Verstärkungselemente verstärkt ist.

Eine dritte Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 18. Hier ist die Sattelbrücke des über¬ wiegend aus Aluminiumguß bestehenden Schwimmsattels wie¬ derum mit im wesentlichen parallel zur Bremsscheibenachse verlaufenden Bohrungen versehen, die auf einfache Weise mit einer glatten Innenfläche gefertigt werden. Als Verstär¬ kungselemente werden Schraubbolzen verwendet, die über ihre gesamte Einschraublänge mit einer Gewindestruktur versehen sind, durch die beim Einschrauben der Bolzen in die glatten Bohrungen ein Gewinde eingeschnitten wird. Diese erfin¬ dungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß bei der Ferti¬ gung der Bremse ein zum Gewindeschneiden erforderlicher Ar¬ beitsgang eingespart wird und daß keine Metallspähne anfal¬ len. Weiterhin erlaubt diese Lösung höhere Fertigungstole¬ ranzen hinsichtlich der Durchmesser der Bohrungen als eine Anordnung mit eingepreßten Stiften. Mit höheren Fertigungs¬ toleranzen kann wiederum kostengünstiger gefertigt werden. Weitere funktioneile Vorteile der Lösung gemäß Anspruch 18 bestehen darin, daß das Material der Sattelbrücke im Be¬ reich des durch die Bolzen geformten Gewindes aufgrund der Kaltverformung verfestigt wird. Dadurch erhält das Gewinde einen hohen Ausreißwiderstand und ein hohes Losdrehmoment.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an¬ hand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine teilweise gemäß Linie A-A von Fig. 4 ge¬ schnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bremse in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine andere, teilweise geschnittene Seitenansicht derselben Bremse,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bremse in einer zweiten Ausfüh¬ rungsform,

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Bremse in einer dritten Ausfüh¬ rungsform,

Fig. 5 ein perspektivisch dargestelltes Detail derselben Bremse,

Fig. 6 drei Ausführungsbeilspiele für die Köpfe der Bol¬ zen,

Fig. 7 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bremse in einer vierten Ausfüh¬ rungsform,

Fig. 8 eine Seitenansicht derselben Bremse aus der Gegen¬ richtung,

Fig. 9 einen Schnitt gemäß Linie C-C von Fig. 7,

Fig. 10 einen Schnitt gemäß Linie B-B von Fig. 7,

Fig. 11 Querschnitte von zwei verschieden ausgeführten Hülsen mit und ohne Schlitz,

Fig. 12 eine teilweise geschnittene Prinzipεkizze eines Schwimmsattels, der mit massiven zylindrischen Stiften verstärkt ist,

Fig. 13 ein Detail mit einer Sicherungsmaßnahme für einen massiven Stift,

Fig. 14 einen Querschnitt eines massiven Stifts,

Fig. 15 eine teilweise geschnittene Prinzipskizze eines Schwimmsattels in einer fünften Ausführungsform mit Schraubbolzen,

Fig. 16 zwei Ausführungsbeispiele für die Köpfe der Schraubbolzen,

Fig. 17 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Schwimmsattels in einer sechsten Ausführungsform mit einem durch weitere Stifte verstärkten Schen¬ kel,

Fig. 18 einen Schnitt gemäß Linie D-D von Fig. 17,

Fig. 19 eine vorteilhafte Ausgestaltung der Abstützung ei¬ nes Leichtmetall-Schwimmsattels an einer Brems¬ backe,

Fig. 20 ein vergrößertes Detail aus Fig. 19,

Fig. 21 eine perspektivische Darstellung eines zur Abstüt¬ zung des Schwimmsattels geeigneten Kerbnagels.

Eine gattungsgemäße Schwimmsattel-Teilbelagscheibenbremse weist einen im Profil U-förmigen Schwimmsattel 1 aus Alumi¬ niumguß auf, der an einem Bremsträger 2 mittels Bolzenfüh¬ rungen 3 verschiebbar gelagert ist. Der Schwimmsattel 1 weist eine Sattelbrücke 4 auf, die zwei Bremsbacken 5,6 und eine nicht gezeigte Bremsscheibe axial überspannt. Inner¬ halb der Sattelbrücke 4 sind sechs Stahlbolzen 7 axial an¬ geordnet, die jeweils einen Kopfabschnitt 8, einen mittle¬ ren Abschnitt 9 und einen Endabschnitt 10 aufweisen. Der Endabschnitt 10 ist mit einem Schraubgewinde versehen. Im Durchgangsbereich der Bolzen 7 weist die Sattelbrücke 4 Aussparungen 11 auf, durch die sich die mittleren Abschnit¬ te 9 erstrecken. An den axial äußeren Seiten der Sattel¬ brücke 4 sind die Bolzen 7 formschlüssig mit dem Schwimm¬ sattel 1 verbunden. Dabei kann der Endabschnitt 10 entwe¬ der, wie in Fig. 2 gezeigt, in ein Gewinde 12 des Schwimm¬ sattels 1 eingeschaubt sein oder, wie in Fig. 3 gezeigt, durch eine Bohrung 13 hindurchgehen und außerhalb des Schwimmεattels 1 mittels einer Schraubenmutter 14 ver¬ schraubt sein. Außer den in den Fig. 1 bis 3 gezeigten, linsenförmigen Köpfen 8 der Bolzen 7 werden auch die in Fig. 6 gezeigten Zylinder oder Sechskantköpfe empfohlen.

Bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten, weiterentwickel¬ ten Scheibenbremse ist der Schwimmsattel 1 auf seiner äuße¬ ren Axialseite an einer radial äußeren Schmalseite 15 der

Bremsbacke 5 abgestützt. Der Schwimmsattel 1 weist an den zur Abstützung vorgesehenen Stellen Ausnehmungen 16 auf, durch die ein Bolzen 7 verläuft. Der Bolzen 7 liegt mit seinem mittleren Abschnitt 9 an der Fläche 15 der Brems¬ backe 5 an, wodurch der Schwimmsattel 1 abgestützt wird.

In den Fig. 7 bis 11 ist eine weitere Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Schwimmsattel-Teilbelagscheibenbremse dargestellt. Ein Schwimmsattel 1 aus Aluminiumguß ist wie¬ derum mittels Bolzenführungen 3 an einem Bremsträger 2 axial verschiebbar geführt. Die Sattelbrücke 4 erstreckt sich in axialer Richtung über den äußeren Rand 17 der Bremsscheibe und über die beiderseits der Bremsscheibe an¬ geordneten Bremsbacken 5,6. Der Schwimmsattel 1 ist im Be¬ reich der Sattelbrücke 4 mit Verstärkungselementen verse¬ hen. Als Verstärkungselemente dienen zwölf Hülsen 18, die als dickwandige Rohre ausgeführt und in zwei Reihen über¬ einander und zueinander versetzt angeordnet sind. Wie man am besten in den Fig. 9 oder 10 erkennt, sind die Hülsen 18 in Sackbohrungen 20 der Sattelbrücke 4 eingesteckt. Die Sattelbrücke 4 wird durch die Hülsen 20 nur bei Biegebean¬ spruchung verstärkt. Bei Zugbelastung der Sattelbrücke 4 wird durch die Hülsen 18 im wesentlichen keine Verstärkung erzielt, da die Hülsen 18 in den Bohrungen 20 im wesentli¬ chen keine axiale Vorspannung aufweisen. Die Hülsen 18 be¬ stehen aus Stahl und ihre Oberflächen sind verzinkt und vernickelt. Beim Einstecken bzw. Einpressen der Hülsen 18 in die Sackbohrungen 20 kann die in den Sackbohrungen 20 enthaltene Luft durch den inneren Hohlraum 21 der Hülsen 18 entweichen. In Fig. 11 ist eine Hülse 18 und eine modifi¬ zierte Hülse 19 im Querschnitt dargestellt. Die Hülse 19 weist zusätzlich einen Schlitz 22 auf, der sich über die

gesamte Länge der Hülse 19 erstreckt. Die geschlitzen Hül¬ sen 19 besitzen eine höhere Elastizität als die Hülsen 18. Deshalb liegen die Hülsen 19 mit ihren Umfangsflachen stets fest an den Innenflächen der Bohrungen 20 an und gewährlei¬ sten damit einen zuverlässigen Klemmsitz der Hülsen 19 in den Bohrungen 20. Auch dann, wenn sich das Material der Hülse 19 und das Material des Schwimmsattels 1 unter Wärme¬ einwirkung unterschiedlich ausdehnen.

In einer Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbeispiels, die in den Fig. 12 bis 14 dargestellt ist, sind als Ver¬ stärkungselemente massive zylindrische Stifte 23 vorgese¬ hen, die ebenfalls in Sackbohrungen 20 eingepreßt sind. Um das Entweichen der in den Sackbohrungen 20 enthaltenen Luft beim Einpressen zu ermöglichen, sind die Stifte 23 mit ei¬ ner über ihre gesamte Länge verlaufenden Nut 24 versehen. Wenn sich der Preßsitz der Stifte 23 in den Bohrungen 20 bei starken Temperaturänderungen lockern sollte, wird eine Sicherung gemäß Fig. 13 empfohlen. Der Stift 23 ist hier etwas kürzer ausgeführt, so daß sein Ende 25 vollständig in die Bohrung 20 versenkt werden kann. Nach dem Einpressen des Stiftes 23 wird die Öffnung 27 der Bohrung 20 mittels einer Verformung 26 geringfügig verkleinert, so daß der Stift 23, selbst wenn er sich lockern sollte, nicht aus der Bohrung 20 herausrutschen kann.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 15 und 16 dargestellt. Die Sattelbrücke 4 des Schwimm¬ sattels 1 ist wiederum mit Sackbohrungen 20 versehen, die sich im Prinzip in ihrer Anordnung, Ausgestaltung und Her¬ stellungsweise nicht von den Sackbohrungen 20 der vorange¬ henden Ausführungsbeispiele unterscheiden. Der Unterschied

besteht bei diesem Ausführungsbeispiel darin, daß als Ver¬ stärkungselemente Schraubbolzen 28 aus Stahl vorgesehen sind, die über ihre gesamte Einschraublänge eine Gewinde¬ struktur aufweisen, durch die beim Einschrauben der Schraubbolzen 28 in die ursprünglich glatten Bohrungen 20 ein Gewinde eingeschnitten wird. Im Gegensatz zu den Stahl¬ bolzen 7 des ersten Ausführungsbeispiels weisen die Schraubbolzen 28 also ein zur Formung eines Gewindes geeig¬ nete Gewindestruktur auf. Dadurch wird gewährleistet, daß die Mantelfläche der Schraubbolzen 28 ohne Spiel fest an der Innenwand der Bohrung 20 anliegt, wodurch die Sattel¬ brücke 4 und die Schraubbolzen 28 extrem fest und spielfrei miteinander verbunden sind. Wie im vorangegangenen Ausfüh¬ rungsbeispiel erzeugen die Schraubbolzen 28 auch hier keine axiale Vorspannung. Auch darin unterscheiden sie sich von den Stahlbolzen 7 des ersten Ausführungsbeispiels. Zum Ein¬ griff eines Schraubwerkzeugs können die Stahlbolzen, wie in Fig. 15 gezeigt, mit einem Innensechskant 29 oder, wie in Fig. 16 gezeigt, mit einem Außensechskant 30 oder einem sternförmigen Schraubkopf 31 versehen sein.

Eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Schwimmsat¬ tel-Teilbelagscheibenbremse, die in Verbindung mit allen vorangehenden Ausführungsbeispielen realisierbar ist, wird in den Fig. 17 und 18 dargestellt. Der Schwimmsattel 1 weist einen an die Sattelbrücke 4 angrenzenden Schenkel 32 auf, der sich im wesentlichen parallel zur Bremsscheibe er¬ streckt. Der Schenkel 32 dient zum Andruck der anliegenden Bremsbacke 5 an die Bremsscheibe. Zur Versteifung des Schenkels 32 sind vier Verstärkungselemente in Form von Hülsen 33 vorgesehen, von denen in der Fig. 17 nur die zwei auf der linken Seite des Schenkels 32 angeordneten Hülsen

33 sichtbar sind. Die Hülsen 33 sind in Sackbohrungen 34 eingesteckt. Selbstverständlich können bei dieser Variante die Verstärkungselemente auch entsprechend den in den Fig. 11 bis 16 dargestellten Ausfuhrungsformen ausgestaltet sein.

Schließlich sei noch auf ein Ausgestaltungsdetail hingewie¬ sen, das die Abstützung eines Schwimmsattels 1 aus Alumi¬ niumguß an den Schmalseiten einer Bremsbacke 5 betrifft. Die Bremsbacke 5 besteht hier aus einer Rückenplatte 35, die einen nicht gezeigten Reibbelag trägt und an ihren in Umfangsrichtung der BremsScheibe liegenden Seiten mit ha - merkopfförmigen Vorsprüngen 36 versehen ist. Der Schwimm¬ sattel 1 ist im Bereich seiner Sattelbrücke 4 an einer Schmalseite der Vorsprünge 36 abgestützt. Da der Schwimm¬ sattel 1 aus Aluminiumguß und die Rückenplatte 35 aus Stahl besteht, ergeben sich bei einem direkten Kontakt dieser beiden Teile Probleme. Aufgrund der unterschiedlichen elek¬ trochemischen Potentiale der verschiedenen Metalle tritt an einer Berührungsstelle verstärkt Korrosion auf. Außerdem kann das weichere Aluminium von dem härteren Stahl durch verstärkten Abrieb beschädigt werden. Zur Vermeidung dieser Probleme ist im Bereich der Berührungsstelle in den Schwimmsattel 1 ein Kerbnagel 37 eingefügt, der einen rela¬ tiv großen, im wesentlichen quadratischen Kopf aufweist. Der Kerbnagel 37 besteht aus Stahl und besitzt Anlageflä¬ chen 38,39, die zur Anlage an korrespondierenden Flächen der Vorsprünge 36 bestimmt sind. Der Kopf des Kerbnagels steht in Umfangsrichtung und in radialer Richtung über die Seitenflächen des Schwimmsattels hinaus, so daß das Mate¬ rial des Schwimmsattels (Aluminiumguß) nicht mit der Rückenplatte 35 in Berührung kommen kann. Da nur die stäh¬ lernen Anlageflächen 38,39 des Kerbnagels 37 mit der Rückenplatte 35 in Berührung kommen, treten die genannten Korrosionsprobleme nicht auf.