DE10032662C1 - Brake disc for vehicle disc brake has raised fixing part cast in compound friction ring with radial gap between them after hardening - Google Patents
Brake disc for vehicle disc brake has raised fixing part cast in compound friction ring with radial gap between them after hardeningInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a brake disc according to the preamble of claim 1.
Bremsscheiben für Scheibenbremsen bestehen in der Regel aus einem topfförmigen Halteteil und einem Reibring, wobei in der herkömmlichen Ausgestaltung einer Bremsscheibe die genannten Teilbereiche in einem Teil gegossen sind. Dies hat produktionstechnische Vorteile, bauartbedingt führt diese Anordnung jedoch durch die spezifische Belastung während des Bremsvorganges zu einer Schirmung des Reibrings vom Topf. Hieraus resultieren. Geräusche, die als "Rubbeln" der Bremse wahrgenommen werden.Brake discs for disc brakes usually consist of a cup-shaped holding part and a friction ring, being in the conventional design of a brake disc the above Sub-areas are cast in one part. this has Production-related advantages, due to the design, this leads Arrangement however by the specific load during the Braking process to shield the friction ring from the pot. Result from this. Noises called "rubbing" the brake be perceived.
Zur Vermeidung diese Problems hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, das topfförmige Halteteil und den Reibring zweiteilig auszuführen. Hierbei ist darauf zu achten, daß die Verbindung dieser Teile eine den Anforderungen angemessene Relativbewegung zuläßt.To avoid this problem, it has proven to be beneficial exposed, the pot-shaped holding part and the friction ring to be carried out in two parts. It is important to ensure that the Connection of these parts in accordance with the requirements Allows relative movement.
Aus der DE 195 05 112 A1 ist eine Bremsscheibe bekannt, die dieses Problem löst. Hierzu wird in eine Gießform, in der Halteteil und Reibring hergestellt werden, ein Metallband aus Edelstahl eingelegt, das von einem Gußeisen umgossen wird. Dieses Metallband verhindert ein lokales Verschmelzen des Gießmetalls zwischen Halteteil und Reibring. Nach einer geeigneten Bearbeitung bildet sich entlang des Metallbandes zwischen Halteteil und Reibring ein Spalt, der die Entkopplung zwischen Halteteil und Reibring gewährleistet. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß für Halteteil und Reibring lediglich ein Gußmaterial mit einer Qualität verwendet werden kann. A brake disc is known from DE 195 05 112 A1 solves this problem. This is done in a mold in which Holding part and friction ring are made of a metal band Stainless steel inlaid with a cast iron. This metal band prevents local fusion of the Casting metal between the holding part and the friction ring. After a Suitable processing forms along the metal band there is a gap between the holding part and the friction ring, which decouples guaranteed between the holding part and the friction ring. The disadvantage this method is that for holding part and Friction ring just a cast material with a quality can be used.
Durch Verbundguss hergestellte Bremsscheiben ebenfalls aus Gußeisen werden in dem japanischen Patent Abstract JP 611 49 625 A dargestellt, wobei Reibring und Halteteil durch Zapfen, Bolzen oder Stifte gesichert werden.Made by composite casting Brake discs are also made of cast iron Japanese Patent Abstract JP 611 49 625 A shown, wherein the friction ring and holding part are secured by pins, bolts or pins.
Es ist jedoch insbesondere bei Hochleistungsbremsen häufig notwendig, das Halteteil und den Reibring in unterschiedlichen Materialien auszugestalten, die jeweils die hohen Anforderungen an diese Bauteilbereiche jederzeit erfüllen. Hierbei ist besonders die Verschleißbeständigkeit des Reibrings und die Zähigkeit des Halteteils unter Berücksichtigung eines Leichtbaukonzeptes von Bedeutung.However, it is particularly common with high performance brakes necessary, the holding part and the friction ring in different To design materials, each of the high Meet the requirements for these component areas at all times. Here, the wear resistance of the Friction rings and the toughness of the holding part under Consideration of a lightweight construction concept of importance.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine zweiteilige Bremsscheibe darzustellen, die einer Geräuschentwicklung während des Bremsens entgegenwirkt und die Möglichkeit bietet, ein Halteteil und einen Reibring in verschiedenen Materialien darzustellen, die durch ihre Materialeigenschaften den unterschiedlichen Anforderungen des Halteteils und des Reibrings in optimaler Weise gerecht werden.The object of the invention is a two-part Brake disc depicting a noise counteracts during braking and offers the possibility a holding part and a friction ring in different materials to represent the material properties of the different requirements of the holding part and the Friction rings in an optimal way.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of Claim 1 solved.
Die erfindungsgemäße Bremsscheibe besteht aus einem topfförmigen Halteteil und einem Reibring, die formschlüssig über eine Keilwellenverbindung miteinander verbunden sind. Die formschlüssige Verbindung wird über das Angießen des Halteteils an den Reibring erzielt. Die Keilwellenverbindung von Reibring und Halteteil sorgt für eine Kraftübertragung in Rotationsrichtung. Ferner wird ein axiales Verschieben zwischen Reibring und Halteteil durch Stifte verhindert, die in radialer Richtung vom Reibring in das Halteteil reichen. Die Stifte sind einer Scherbelastung ausgesetzt und vermindern somit zusätzlich die Flächenpressung, die auf die Keilwellenverbindung wirkt. Dies ist besonders bei harten und spröden Reibringmaterialien von Vorteil. Der Reibring kann so durch jedes geeignete Material dargestellt werden, das eine höhere Temperaturbeständigkeit als das Metall aufweist, durch das das Halteteil dargestellt ist. Hieraus ergeben sich eine Vielzahl von Materialkombinationen, durch die das Anforderungsprofil an die Bremsscheibe in optimaler Weise erfüllt werden kann.The brake disc according to the invention consists of a pot-shaped holding part and a friction ring, the form-fitting are connected to each other via a spline connection. The positive connection is made by casting on the Holding part achieved on the friction ring. The spline connection of friction ring and holding part ensures a power transmission in Rotation. There is also an axial displacement between friction ring and holding part prevented by pins that extend in the radial direction from the friction ring into the holding part. The pins are subject to shear stress and reduce thus additionally the surface pressure on the Spline connection works. This is particularly hard and brittle friction ring materials an advantage. The friction ring can do this be represented by any suitable material, the one has higher temperature resistance than the metal that the holding part is shown. This results in a Variety of material combinations through which the Profile of requirements for the brake disc in an optimal way can be fulfilled.
Die Schrumpfung des Halteteils sorgt während des Erstarrens für einen Spalt zwischen Halteteil und Reibring, der die genannte vorteilhafte Entkopplung dieser Bauteilbereiche gewährleistet. Durch die Keilwellenverbindung wird trotz des Spaltes die Bremskraft vom Reibring auf das Halteteil übertragen.The shrinkage of the holding part ensures during solidification for a gap between the holding part and the friction ring, which the mentioned advantageous decoupling of these component areas guaranteed. Due to the spline connection despite the Splits the braking force from the friction ring onto the holding part transfer.
Die Stifte, die den Reibring und das Halteteil in axiale Richtung sichern, werden zweckmäßigerweise vor dem Angießen des Halteteils am Reibring so angebracht, daß sie sich zu 30% -70% ihrer Länge in Bohrungen des Reibrings befinden. Anschließend werden sie vom Material des Halteteils umgossen. Während des Erstarrens des Halteteils bildet sich ein Spalt zwischen dem Halteteil und den Stiften aus, der eine Entkopplung von Halteteil und Reibring gewährleistet, was sich positiv auf das Geräuschniveau auswirkt. Es ist dennoch möglich, die Stifte nach dem Angießen des Halteteils anzubringen, was jedoch durch die benötigten Bohrungen im Halteteil einen erhöhten Fertigungsaufwand bedeutet. Zur Erzielung einer besonders hohen Verschleißbeständigkeit des Reibrings in Kombination mit einer möglichst hohen Duktilität, ist es sinnvoll den Reibring durch einen Verbundwerkstoff auszugestalten.The pins that hold the friction ring and the holding part in axial Securing direction are advisable before pouring on of the holding part on the friction ring so that they are 30% -70% of their length are located in holes in the friction ring. Then the material of the holding part is cast around them. A gap forms during the solidification of the holding part between the holding part and the pins, the one Decoupling of the holding part and the friction ring ensures what happens has a positive effect on the noise level. It is nevertheless possible the pins after casting on the holding part to attach, which, however, through the required holes in Holding part means an increased manufacturing effort. To achieve a particularly high wear resistance of the friction ring in combination with the highest possible Ductility, it makes sense to use a friction ring Design composite material.
Diese beiden Kriterien werden in besonderer Weise durch kohlenstofffaserverstärkte Siliziumkarbid-Verbundwerkstoffe erzielt (Anspruch 2). Unter besonderer Berücksichtigung der Materialkosten sind Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe, oder Verbundwerkstoffe, die aus intermetallischen Phasen und Keramik bestehen, besonders geeignet. Diese Materialien können im Druckgußverfahren dargestellt werden und sind deshalb prozeßtechnisch besonders kostengünstig und weisen zudem eine hohe Verschleißbeständigkeit auf (Anspruch 3).These two criteria are carried out in a special way carbon fiber reinforced silicon carbide composites achieved (claim 2). With special attention to the Material costs are metal-ceramic composite materials, or Composites made up of intermetallic phases and Ceramics are particularly suitable. These materials can are shown in the die casting process and are therefore Process-technically particularly inexpensive and also have a high wear resistance (claim 3).
Das Halteteil wird durch ein gießbares Material ausgestaltet. Hierfür bietet sich Grauguß ganz besonders an, da dieses Material eine hohe Festigkeit aufweist und kostengünstig herzustellen ist (Anspruch 4). Ein Halteteil aus Aluminium ist ebenfalls kostengünstig und aufgrund seines geringen spezifischen Gewichtes besonders für Leichtbau-Bremsscheiben geeignet (Anspruch 5).The holding part is designed by a castable material. Gray cast iron is particularly suitable for this, since this Material has high strength and is inexpensive is to be produced (claim 4). A holding part is made of aluminum also inexpensive and due to its low specific weight especially for lightweight brake discs suitable (claim 5).
Aufgrund seiner hohen spezifischen Festigkeit und der guten Korrosionbeständigkeit ist Edelstahl ein besonders geeignetes Material für die Stifte. Unter bestimmten Konstruktionsbedingungen kann jedoch ein weicheres Metall wie Kupfer oder eine Kupferlegierung geeignet sein. In diesem Zusammenhang sind Stifte mit einem Edelstahlkern und einer Kupferummantelung besonders sinnvoll (Anspruch 6).Because of its high specific strength and good Stainless steel is a particularly suitable corrosion resistance Material for the pens. Under certain Design conditions, however, can be a softer metal like Copper or a copper alloy may be suitable. In this Connections are pins with a stainless steel core and one Copper sheathing particularly useful (claim 6).
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the present invention are in the following explained with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 eine horizontale Querschnittzeichnung durch eine Bremsscheibe im Bereich eines Reibrings, Fig. 1 is a horizontal cross-sectional drawing of a brake disk in the region of the friction ring
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 2 is a sectional view taken along line II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Details III in Fig. 2 Fig. 3 is an enlarged view of detail III in Fig. 2
In Fig. 1 ist ein horizontaler Querschnitt durch einen Reibring 3 und ein Halteteil 2 gezeigt. Zu erkennen ist eine Keilwellenverbindung zwischen dem Reibring 3 und dem Halteteil 2, sowie Bohrungen 6 im Reibring 3, sowie Stifte 5, die vom Reibring 3 ins Halteteil 2 reichen. Die Keilwellenverbindung ist so ausgestaltet, daß sich im Reibring 3 und im Halteteil 2 Keile 8, 9 und Nuten 11, 12 abwechseln, diese ineinandergreifen und die formschlüssige Verbindung gewährleisten. Für eine optimale Momentenübertragung zwischen Halteteil 2 und Reibring 3 beträgt die Anzahl der Keile 8, 9 und Nuten 11, 12 zwischen sechs und zehn.In Fig. 1 is a horizontal cross section through a friction ring 3 and a retaining part 2 is shown. A spline connection between the friction ring 3 and the holding part 2 , as well as bores 6 in the friction ring 3 , and pins 5 , which extend from the friction ring 3 into the holding part 2 , can be seen. The spline connection is designed so that wedges 8 , 9 and grooves 11 , 12 alternate in the friction ring 3 and in the holding part 2 , these interlock and ensure the positive connection. For optimum torque transmission between the holding part 2 and the friction ring 3 , the number of wedges 8 , 9 and grooves 11 , 12 is between six and ten.
Fig. 2 stellt eine Querschnittszeichnung entlang des Schnittes II-II in Fig. 1 dar. Hier ist das topfförmige Halteteil 2 und ein vertikaler Querschnitt des Reibrings 3 zu erkennen. Die linke Teilansicht zeigt einen Keil des Reibrings 8, der sich in einer Nut 12 des Halteteils 2 befindet, umgekehrt zeigt die rechte Seite der Fig. 2 einen Keil 9 im Halteteil 2, der in eine Nut 11 im Reibring 3 gefügt ist. Die Bohrungen 6, in denen die Stifte 5 befestigt sind, liegen für eine optimale Momenten übertragung stets im Bereich eines Keiles 9 im Halteteil 2. Der Übergang vom Reibring 3 zum Halteteil 2 ist in der Detailzeich nung der Fig. 3 vergrößert dargestellt. Hier ist zu erkennen, daß sich zwischen dem Halteteil 2 und den Stiften 5 ein gering fügiger Spalt 10 befindet, im Reibring hingegen sind die Stifte 5 paßgenau eingesetzt. Ferner befindet sich zwischen dem Rei bring 3 und dem Halteteil 2 ein Spalt 7, der eine mechanische Entkopplung zwischen dem Reibring 3 und dem Halteteil 2 be wirkt. Diese mechanische Entkopplung bewirkt eine Verringerung des "Rubbelns" der Bremse bei einer hohen mechanischen Bela stung. Die Kraftübertragung zwischen dem Reibring 3 und dem Halteteil 2 während des Bremsvorgangs erfolgt sowohl über die Keilwellenverbindung als auch über die Stifte 5. Auf die Stifte 5, die aus Edelstahl bestehen, wirken Scherkräfte, hierdurch wird die Keilwellenverbindung, die durch eine Flächenpressung belastet ist, entlastet. Im weiteren bewirken die Stifte 5 eine Sicherung zwischen Reibring 3 und Halteteil 2 in axialer Rich tung. FIG. 2 shows a cross-sectional drawing along the section II-II in FIG. 1. Here the cup-shaped holding part 2 and a vertical cross section of the friction ring 3 can be seen. The left partial view shows a wedge of the friction ring 8 , which is located in a groove 12 of the holding part 2 , conversely the right side of FIG. 2 shows a wedge 9 in the holding part 2 , which is inserted into a groove 11 in the friction ring 3 . The bores 6 , in which the pins 5 are fastened, are always in the region of a wedge 9 in the holding part 2 for optimum torque transmission. The transition from the friction ring 3 to the holding part 2 is shown enlarged in the detail drawing of FIG. 3. It can be seen here that there is a slight gap 10 between the holding part 2 and the pins 5 , but the pins 5 are inserted in the friction ring with a precise fit. Furthermore, there is a gap 7 between the reed bring 3 and the holding part 2 , which acts a mechanical decoupling between the friction ring 3 and the holding part 2 be. This mechanical decoupling causes a reduction in the "rubbing" of the brake at a high mechanical load. The power transmission between the friction ring 3 and the holding part 2 during the braking process takes place both via the spline connection and via the pins 5 . Shear forces act on the pins 5 , which are made of stainless steel, thereby relieving the spline connection which is loaded by a surface pressure. Furthermore, the pins 5 cause a backup between the friction ring 3 and the holding part 2 in the axial direction Rich.
Die Fertigung einer Bremsscheibe nach den Fig. 1-3 wird in den folgenden Beispielen beschrieben.The manufacture of a brake disc according to FIGS. 1-3 is described in the following examples.
In einen Rohling des Reibrings 3, der aus einem kohlenstoffa serverstärkten Siliziumkarbidwerkstoff besteht, werden in die Verlängerung der Bohrungen 6 Stifte 5 aus Edelstahl zu 50% ih rer Länge eingepreßt. Der Reibring 3 wird in eine Gießform ge legt, die eine Kavität in Form der gewünschten Bremsscheiben geometrie aufweist. Der Reibring weist ein Keilnabenprofil im inneren Ringbereich und radiale Stifte 5 auf. Die Räume der Ka vität, die nicht vom Reibring ausgefüllt sind, werden mit einem flüssigen Eisenmetall ausgegossen und stellen nach dem Erstar ren das Halteteil 2 dar. Durch den Erstarrungsprozeß verringert sich das Volumen des Halteteils, wodurch der Spalt 7 zwischen dem Reibring 3 und Halteteil 2 und der Spalt 10 zwischen Stift 5 und Halteteil 2 entsteht. Die Verschleißbeständigkeit einer derartigen Bremsscheibe übersteigt die einer herkömmlichen Grauguß-Bremsscheibe deutlich, zusätzlich erfolgt aufgrund der geringeren Dichte des Verbundwerkstoffes eine Gewichtsreduktion von ca. 40% gegenüber herkömmlichen Grauguß-Bremsscheiben.In a blank of the friction ring 3 , which consists of a karbonstoff server-strengthened silicon carbide material, 6 pins 5 made of stainless steel are pressed into 50% of their length in the extension of the bores. The friction ring 3 is placed in a casting mold, which has a cavity in the form of the desired brake disc geometry. The friction ring has a spline profile in the inner ring area and radial pins 5 . The spaces of Ka vity, which are not filled by the friction ring, are poured out with a liquid ferrous metal and represent the holding part 2 after solidification. The solidification process reduces the volume of the holding part, as a result of which the gap 7 between the friction ring 3 and holding part 2 and the gap 10 between pin 5 and holding part 2 is formed. The wear resistance of such a brake disc clearly exceeds that of a conventional cast iron brake disc; in addition, due to the lower density of the composite material, there is a weight reduction of approximately 40% compared to conventional cast iron brake discs.
Ein Rohling des Reibrings 3 aus einem Metall-Keramik- Verbundwerkstoff wird in eine Gießform gelegt, die eine Kavität in Form der gewünschten Bremsscheibengeometrie aufweist. Das Keilnabenprofil des Reibring-Rohlings und die Geometrie der Gießform ist gemäß dem Beispiel 1 ausgestaltet. Die Räume der Kavität, die nicht durch den Reibring-Rohling ausgefüllt sind, werden mit einer warmauslagerbaren Aluminiumlegierung ausgegos sen. Die Keilwellenverbindung und die Fixierung durch die Stif te 5 erfolgt analog Beispiel 1. Die Gewichtsreduzierung gegen über einer herkömmlichen Grauguß-Bremsscheibe beträgt 50% bei einer deutlichen Erhöhung der Verschleißbeständigkeit.A blank of the friction ring 3 made of a metal-ceramic composite material is placed in a casting mold which has a cavity in the form of the desired brake disc geometry. The splined hub profile of the friction ring blank and the geometry of the casting mold are designed according to Example 1. The spaces in the cavity that are not filled by the friction ring blank are cast with a heat-aging aluminum alloy. The spline connection and the fixation by the pin 5 is carried out analogously to example 1. The weight reduction compared to a conventional cast iron brake disc is 50% with a significant increase in wear resistance.
Wie Beispiel 2, das Befüllen der Gießform mit der Aluminiumle gierung erfolgt jedoch im Druckgußverfahren. Die Taktzeiten der Bremsscheibenherstellung wird deutlich verkürzt, was sich posi tiv auf die Bauteilkosten auswirkt.As example 2, the filling of the mold with the aluminum oil However, alloying takes place in the die casting process. The cycle times of the Brake disc production is significantly shortened, which is positive tiv impact on component costs.
wie Beispiel 1, der Bremsscheibenrohling besteht jedoch aus ei nem bainitisch gehärteten Gußeisen mit Lamellengraphit. Hier durch wird die Verschleißbeständigkeit gegenüber herkömmlichen Grauguß-Bremsscheiben deutlich erhöht.as example 1, but the brake disc blank consists of egg bainitic hardened cast iron with lamellar graphite. here is the wear resistance compared to conventional Cast iron brake discs significantly increased.
Claims (6)
der Reibring (3), der aus einem Verbundwerkstoff besteht, ein Keilnabenprofil aufweist,
das Halteteil (2) an den Reibring (3) angegossen wird,
das Halteteil (2) nach dem Gießen erstarrt und somit schrumpft,
was zu einem radialen Spalt (7) zwischen dem Halteteil (2) und dem Reibring (3) führt,
die Keilwellenverbindung (4) axial über Stifte (5) gesichert wird,
wobei die Stifte vor dem Angießen des Halteteils (2) zumindest teilweise in Bohrungen (6) des Reibrings (3) eingebracht werden.1. Brake disc with a cup-shaped holding part ( 2 ) which is connected to a friction ring ( 3 ) in the rotational direction in a positive manner in the manner of a spline connection, characterized in that
the friction ring ( 3 ), which consists of a composite material, has a splined profile,
the holding part ( 2 ) is cast onto the friction ring ( 3 ),
the holding part ( 2 ) solidifies after casting and thus shrinks,
which leads to a radial gap ( 7 ) between the holding part ( 2 ) and the friction ring ( 3 ),
the spline connection ( 4 ) is secured axially via pins ( 5 ),
the pins being at least partially inserted into bores ( 6 ) of the friction ring ( 3 ) before the holding part ( 2 ) is cast on.
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