Stahlbremskolben für eine hydraulische Bremse

Die Erfindung betrifft einen kaltumgeformten Stahlbremskolben 1 für eine hydraulische Scheibenbremse 12, mit Aufbau als einseitig offener Topf umfassend Boden 2 und Wand 3 einschließlich Innen- und Außenwandungen 4,5. Der Kolbenaußendurchmesser D ist im Wesentlichen konstant, rotationssymmetrisch zur

Kolbenlängsachse A gerichtet. Kolbenwandstärke s und

Kolbendurchmesser D,d sind über Wandabschnitte 9,10

abschnittweise variiert, und zur Kolbenlängsachse A im

Wesentlichen parallel abgestreckt gerichtet ausgeformt. Dabei ist der Wandabschnitt 10 am offenen Ende, endseitig, arrangiert und der Wandabschnitt 9 befindet sich neben dem Boden 2. Mit anderen Worten schließt sich an den Wandabschnitt 9 ein Übergang mit dem Boden 2 an, welcher orthogonal rechtwinklig zur

Kolbenlängsachse A ausgeprägt ist. Die Außenwandung 5 verfügt endseitig über eine radial einwärts eingestülpte Nut 6, die nach radial außen offen ist und radial innen einen Nutwulstvorsprung 7 ausbildet, und wobei die offene Seite vom Topf als Auflager für eine Reibbelagrückenplatte 11 endet, und sich dies Auflager als ebene Kolbenstirnfläche 8 orthogonal-rechtswinklig zu der Kolbenlängsachse A erstreckt, sowie mit integrierten

Schnittstellen die a) zur Fixierung zwischen Rückenplatte 11 und Stahlbremskolben 1 und b) als Stützlager zur Befederung vom Reibbelag dienen. Ein gattungsgemäßer sowie preiswert, leicht und stabil in Kaltumformtechnologie ausgeführter Stahlbremskolben geht beispielhaft aus der EP 0 877 871 Bl hervor. Der gattungsgemäße Stahlbremskolben bietet mehrere Kooperationsschnittstellen in Bezug zum Scheibenbremsbelag. Dazu gehört am offenen Ende ein besonderes stirnseitiges Auflager zur optimierten Anlage zwischen Scheibenbremsbelagrückenplatte und Kolbenstirnfläche. Ein Kolbeninnenraum bietet nebeneinander zwei eingeprägte Schultern, die in Kooperation mit der Reibbelagbefederung stehen, und wobei die Fixierung zwischen Scheibenbremsbelag und Stahlbremskolben ermöglicht ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgegenüber darin, einen weiterhin verbesserten Stahlbremskolben neuer Generation vorzulegen, welcher eine fortgesetzte Reduktion vom Bauaufwand einschließlich eine preiswerte Verbesserung seiner verschiedenen Schnittstellen bei reduziertem Gewicht

ermöglicht .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem der minimale Kolbeninnendurchmesser di _m i _n zumindest um ein Mehrfaches der minimalen Kolbenwandstärke s _m i _n in Richtung Boden 2 rückversetzt verschoben vorliegt, und wobei der minimale

Kolbeninnendurchmesser di _m i _n vom Nutwulstvorsprung 7 gebildet ist. Besonders bevorzugt ist ein definiertes

Kolbenwandstärkenverhältnis nämlich ein Quotient der Wandstärke am Boden S / minimale Kolbenwandstärke s _m i _n also S /s _m i _n mit 1,4 - 2,1 angestrebt.

Weiterhin vorteilhafte Merkmale, Wirkungen und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus nachfolgender Beschreibung anhand der Zeichnung wie folgt im Einzelnen hervor. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Stahlbremskolben 1 im

Schnitt,

Fig. 2 ein vergrößerter endseitiger Teil einer anderen Variante mit einer zusätzlich von radial innen eingebrachten Nut 13 zwischen Nutwulstvorsprung 7 und bodenseitigem Wandabschnitt 9, teilweise, und im Halbschnitt vergrößert, zur Verdeutlichung der integralen Schnittstellen zwischen Stahlbremskolben 1 und Haltetederschenkel 14 (nur einer von zwei einander diametral gegenüberliegend arrangierten Federschenkeln ist dargestellt) ,

Fig. 3 die Variante wie in Fig. 2 im Schnitt - jedoch um 90° am Umfang versetzt - zur Verdeutlichung der integralen

Schnittstelle zum Radialfederschenkel 15, und Fig. 4 der Stahlbremskolben wie in Fig. 1 in Ansicht von Links .

Die Erfindung verzichtet auf einen radial einwärts abgewinkelten Randbogen (Kragen) zur Ausbildung einer Hinterschneidung am offenen Ende und verzichtet im Wesentlichen auch auf dessen spanende Nacharbeit. Stattdessen erfolgt ein entfeinerter, fehlertolerant ausgebildeter konstruktiver Aufbau im

Zusammenhang mit vergleichsweise grob ausgeführter

Umformtoleranz beziehungsweise grob eingestellten

Toleranzfeldern, die sich beim Tiefziehprozess einstellen. Mit Hilfe von einer neuartig verbesserten Schnittstellenperipherie wird ein kaltumgeformter, gewichts- und steifigkeitsoptimierter Stahlbremskolben 1 in standardisierter Geometrie vorgelegt, welcher zudem über eine erweiterte Kompatibilität mit

unterschiedlich präzise tolerierten Reibbelägen verfügt. Die periphären Freiheitsgrade zwecks Paarung mit unterschiedlich gestalteten oder maßtolerierten Reibbelägen sind folglich erweitert. Das erfindungsgemäße Design erlaubt daher

insbesondere eine Variation bzw. Designveränderung betreffend die Federschenkel bzw. Maßvariation in Hinblick auf die

Eintauchtiefe von der Belaghaltefeder, beziehungsweise die Dicke einer Rückenplatte 11. Mit anderen Worten ist das

erfindungsgemäße Schnittstellendesign so arrangiert, dass in der Kooperation mit den peripheren Bauteilen eine größere Vielfalt, wie insbesondere unterschiedlich weit eingreifende Eintauchtiefen vom Federschenkel 14,15 einer Belaghaltefeder toleriert sind. Demzufolge wird ein kostengünstiger

Austauschverbau in Verbindung mit graduell unterschiedlichen, wie insbesondere grob tolerierten, Bauteilen in der

Kolbenperipherie erleichtert.

Ein besonders günstiges Schnittstellendesign wird erreicht, indem eine axiale Projektion vom minimalen

Kolbeninnendurchmesser di _m i _n in der Radialrichtung R betrachtet nach radial innen versetzt, außerhalb von der Kolbenstirnfläche

8 platziert, vorgesehen ist.

Ein besonders rationeller und stabiler Aufbau wird erzielt, indem der Nutwulstvorsprung 7 den minimalen Kolbeninnendurchmesser di _m i _n definiert. Der Nutwulst verbindet zwei

rohrförmig-zylindrische, koaxial arrangierte Wandabschnitte 9,10 miteinander, die über einen einheitlichen Außendurchmesser D bei unterschiedlichen Innendurchmessern di, di _max verfügen, so dass diese gewissermaßen zueinander abgestuft vorliegen. Dabei verfügt der endseitig allokierte Wandabschnitt 10 über den kleineren Kolbeninnendurchmesser di im Vergleich mit dem bodenseitig allokierte Wandabschnitt 9 welcher über den maximalen Kolbeninnendurchmesser di _max verfügt. In diesem Kontext ist folgerichtig definiert, dass der bodenseitige Wandabschnitt

9 mit s _m i _n über die minimale Wandstärke verfügt im Vergleich zum endseitigen Wandabschnitt 10 mit der der Wandstärke S _max . Die Außendurchmesser der beiden Wandabschnitte 9,10 sind

weitestgehend identisch in einer gemeinsamen Flucht vorgesehen. Demzufolge ist die Abfolge der Wandstärken, ausgehend von dem Boden 2, dem folgenden bodenseitigen Wandabschnitt 9, und schließlich dem endseitigen Wandabschnitt 10 mit der Reihenfolge - dick-dünn-dick - ausgestaltet. _n

5

Eine besonders effiziente Werkstoffausnutzung bei günstiger Schnittstellengestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Durchmesserunterschiede von den unterschiedlichen Wandabschnitten 9,10 jeweils mindestens etwa 2mm betragen, und wobei die rohrförmig-glatte Länge vom endseitigen Wandabschnitt 10 mindestens etwas 5 mm beträgt.

In Werkstoffakkumulation, sowie zur weiter verbesserten

Kooperation mit Federschenkeln 14,15 am Reibbelag ist es grundsätzlich möglich, dass der bodenseitige Wandabschnitt 9 zusätzlich über eine von radial innen nach radial auswärts gerichtet eingeprägte Nut 13 verfügt, welche mit sichtlich geringem axialem Abstand zu dem Nutwulstvorsprung 7 , in Richtung Boden 2 versetzt, vorgesehen ist.

Die besondere Art und Weise der Kolbenperipheriegestaltung ermöglicht erstmals eine besonders toleranzunempfindliche Aufnahme einer Belaghaltefeder. Durch die besondere Formgebung der Kolbenwandung - insbesondere der Innenwandung 4 - ist eine sichere Schnittstelle mit Aufnahme einer Belaghaltefeder gewährleistet, und zwar innerhalb großräumiger Grenzen und unabhängig davon, wie präzise die Federschenkel 14,15 oder wie dick die Rückenplatte 11 im Einzelnen toleriert ausgeführt ist. Insbesondere ermöglicht die Erfindung einen maximalen

Freiheitsgrad in Hinblick auf unterschiedliche

Rückenplattengestaltungen wie insbesondere eine Variation der Dicke von einem ggf. verwendeten Dämpfungsblech (Shim) wie auch Anforderungen an die zulässige Flächenpressung wenn die

Kolbenstirnfläche 8 auf der Rückenplatte 11 aufsitzt.

Erfindungsgemäß ist die stirnseitige Kreisringfläche

(KolbenaufStandsfläche) an der offenen Seite des

Stahlbremskolbens 1 inetwa mit 30 % von der Kolbenbodenfläche ausgelegt. Unter der Vorgabe vom Nennkolbendurchmesser D folgert daher unmittelbar der auszuwählende Kolbeninnendurchmesser di aus der oben genannten Vorgabe der Flächenverhältnis zwischen Bodenfläche und Kolbenstirnfläche 8. Um eine stets passende axiale Positionierung einer Belaghaltefeder über sämtliche Bremskolbendurchmesservarianten (Baukastensystem) zu

ermöglichen, soll ein konstant gehaltener

Kolben-Innendurchmesser (d.h. Klemmdurchmesser) di im

Klemmbereich der Belaghaltefeder über eine axiale Mindestlänge über eine Länge von mindestens etwa > 5 mm vorliegen . Im Anschluss nach dieser zylindrischen Länge vom Kolbendurchmesser di ist die Hinterschneidung anhand vom Nutwulstvorsprung 7 mit dem nachfolgend maximal definierten Kolbeninnendurchmesser di _max vorgegeben. Dabei ist der Vorsprung quasi parasitär infolge vom Nutwulstvorsprung 7 ausgebildet. Im Anschluss an den

Nutwulstvorsprung 7 liegt der bodenseitige Wandabschnitt 9 vor, welcher über den deutlich erweiterten Innendurchmesser di _max verfügt. Dabei beträgt der Durchmesserunterschied mindestens inetwa 2 , 5 mm. Der bodenseitige, erweiterte also größere, und spanlos umgeformt erhaltene Kolben-Innendurchmesser di _max ist im Durchmesser bis zum Übergang in den Kolbenboden 2 weitestgehend konstant, sowie so dimensioniert, dass die notwendige Steifigkeit des

Stahlbremskolbens 1 bei gleichzeitig reduzierter Kolbenmasse vorliegt.

Indem der Nutwulstvorsprung 7 eine Doppelfunktion ( (a) kaltverfestigter Versteifungsring b) Wandvorsprung) wahrnimmt, wird eine quasiparasitäre Verklemmung einer Belaghaltefeder am Nutwulstvorsprung 7 ermöglicht. Dies hat den Vorteil, dass auf einen besonderen, kragenförmig abgewinkelten, Randbogen bzw . auf die Fertigung der Nut 13 verzichtet werden kann. Ein erfindungsgemäß kaltumgeformter Stahlbremskolben,

insbesondere Stahlblechbremskolben 1, ist neben der Außenwandung 5 (Außendurchmesser-Bearbeitung) nur auf seiner

Kolbenstirnfläche 8 spanend zu bearbeiten.

Grundsätzlich wichtige Eckpunkte der Erfindung sind wie folgt:

1. Kolbenstirnfläche beträgt nur ca. 30 % von der

Kolbenbodenfläche

2. Kolbeninnendurchmesser di über einer axial-zylindrisch definierte Länge >5mm.

3. Im Kolbeninneren ist am Wandabschnitt 10 ein Hinterschnitt erzeugt, der durch den Nutwulstvorsprung 7 gebildet ist, welcher sich an einen endseitigen Klemmdurchmesser di anschließt. Der Nutwulstvorsprung 7 verbindet den Wandabschnitt 10 mit dem Wandabschnitt 9, welcher im Vergleich zu dem Nutwulstvorsprung 7 über einen deutlich vergrößerten (+ min. 2,5 mm größer) Kolbeninnendurchmesser di _max verfügt.

4. Der maximale Kolbeninnendurchmesser di _max ist bei gegebenem Kolbennenndurchmesser D in seiner Wandstärke s genau so stark dimensioniert ausgeführt, wie dies zwingend notwendig ist, damit sich bei noch ausreichender Steifigkeit und Wandstärke s unter Einbezug von Umformgrad und Kaltverfestigung eine gleichzeitig reduzierte Masse vom Stahlbremskolben 1 ergibt. Dabei sind im bodenseitigen Wandungsabschnitt 9 sowohl Innendurchmesser di _max als auch Wandstärke s _m i _n im Wesentlichen konstant definiert , bis sich ein allmählicher Übergangsabschnitt mit vergrößerter Wandstärke s im Übergang zum Boden 2 anschließt. ₀

Bezugs zeichenliste

1 StahlbremskoIben

2 Boden

3 Wand

4 Innenwandung

5 Außenwandung

6 Nut

7 Nutwulst orsprung

8 Kolbenstirnfläche

9 Wandabschnitt

10 Wandabschnitt

11 Rückenplatte

12 Scheibenbremse

13 Nut

14 FederSchenkel

15 Federschenke!

A Kolbenlängsachse

D (Kolben) Nenndurchmesser

di _m i _n minimaler Innendurchmesser di _max maximaler Innendurchmesser d± Innendurchmesser

s Kolbenwandstärke

s _m in minimale Wandstärke

s _max maximale Wandstärke

sb Wandstärke vom Boden

Ax Axialrichtung

R Radialrichtung