DE10032972A1 - Verbund-Bremsscheibe für eine Fahrzeug-Scheibenbremse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbund-Bremsscheibe für eine Fahrzeug-Scheibenbremse mit einem in einem Gußwerkstoff, insbesondere GG-15 oder GG-25, ausgeführten Reibring, der an einem aus einem anderen Werkstoff bestehenden Bremsscheibentopf befestigt ist. Dabei ist der Bremsscheibentopf Stahl, bevorzugt in Edelstahl oder einem vergleichbaren höherfesten Material ausgeführt und an seinem kreiszylindrischen Mantel mit Durchbrüchen und/oder mit Abschnitten mit reduzierter Wandstärke versehen, um eine ausreichende Elastizität für eine thermische Dehnung des Reibrings zu gewährleisten. Bevorzugt liegt die Fügestelle zwischen Reibring und Bremsscheibentopf, in Richtung der Drehachse betrachtet, abseits des Ringbereiches des Reibringes, wozu dieser einen bezüglich der Drehachse kreiszylindrischen Fortsatz aufweist, der, in Radialrichtung betrachtet, weiter innen liegt als ein zumindest abschnittsweise aufliegender Abschnitt des Bremsscheibentopf-Mantels. Die Fügestelle zwischen Reibring und Bremsscheibentopf kann als Preß- oder Schrumpfsitz ausgebildet und durch zumindest ein Verbindungselement gesichert sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbund-Bremsscheibe für eine Fahrzeug- Scheibenbremse mit einem in einem Gußwerkstoff, insbesondere GG-15 oder GG-25, ausgeführten Reibring, der an einem aus einem anderen Werk­ stoff bestehenden Bremsscheibentopf befestigt ist. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 38 23 146 A1 oder die DE 44 19 757 A1 verwiesen.

Verbund-Bremsscheiben an sich sind zumindest im druckschriftlichen Stand der Technik in unterschiedlichen Ausführungsarten bekannt und zeichnen sich durch den Vorteil aus, daß der Bremsscheiben-Reibring einerseits, auf welchem bekanntermaßen die Reibbeläge der Scheibenbremse zum Anlie­ gen gebracht werden, und der sog. Bremsscheibentopf andererseits, mit welchen die Scheibenbremse an einem Radträger oder dgl. des Fahrzeugs befestigt wird, aus den für die jeweiligen Anforderungen günstigsten Materia­ lien gefertigt sein können. Hierdurch kann bspw. zum einen eine Gewichts­ ersparnis erzielt werden, und zum anderen ist damit eine vorteilhafte Ent­ koppelung zwischen dem Reibring und dem Bremsscheibentopf möglich.

Zumindest an Großserien-Personenkraftwagen, bei denen aufgrund der er­ forderlichen Abbremsung aus teilweise hohen Geschwindigkeiten hohe An­ forderungen an die Bremsscheibe gestellt werden, haben sich solche Ver­ bund-Bremsscheiben noch nicht durchgesetzt.

Hiermit soll somit eine Verbund-Bremsscheibe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt werden, die die wesentlichen Anforderungen in op­ timaler Weise erfüllen kann (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß der Brems­ scheibentopf in Stahl oder einem vergleichbaren höherfesten Material aus­ geführt und an seinem kreiszylindrischen Mantel mit Durchbrüchen und/oder mit Abschnitten mit reduzierter Wandstärke versehen ist, um eine ausrei­ chende Elastizität für eine thermische Dehnung des Reibrings zu gewährlei­ sten. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Zunächst kommt somit ein üblicher Reibring aus einem Gußwerkstoff, insbe­ sondere GG-15 oder GG-25, zum Einsatz, der ausgezeichnete Reibwerte aufweist und sich durch gute thermische Leitfähigkeit sowie durch relativ ge­ ringe Wärmespannungen (beide Faktoren sind i. V. m. mit einem länger an­ dauernden Bremsvorgang wesentlich) auszeichnet und der darüber hinaus hinsichtlich seiner günstigen Eigenschaften für diesen Anwendungszweck bestens bekannt ist. Bewährt ist bspw. die Paarung mit üblichen Reibungs­ bremsbelägen.

Erfindungsgemäß kommt für den Bremsscheibentopf ein höherfesten Stahlmaterial oder ähnliches zum Einsatz, welches sich durch hohe Festig­ keit und Zähigkeit auszeichnet. Auch der Elastizitätsmodul sowie die Wär­ medehnungskoeffizienten derartiger Materialien liegen in einem günstigen Bereich bzw. unterscheiden sich in noch vertretbarem Maße von denjenigen des für den Reibring verwendeten Gußwerkstoffes. Wenn ein Edelstahl für den Bremsscheibentopf verwendet wird, erhält man den weiteren Vorteil der Rostfreiheit, so daß der Bremsscheibentopf auch als Stylingelement einge­ setzt werden kann. Ein Titanwerkstoff für den Bremsscheibentopf führt zu einer erheblich verstärkten Gewichtsersparnis bei extremer Festigkeit. Eine Gewichtsersparnis ergibt sich aber auch bei Verwendung anderer Stähle, wobei die genannten, weiterhin die Erfindung kennzeichnenden Durchbrüche und/oder Abschnitte mit reduzierter Wandstärke ebenfalls der Erfüllung die­ ses Zieles förderlich sind.

Indem erfindungsgemäß der im wesentlichen wie üblich geformte Brems­ scheibentopf einen bezüglich der Drehachse der Scheibenbremse kreiszy­ lindrischen Mantel (bzw. Mantelfläche) besitzt, in dem (bzw. in der) Durch­ brüche oder zumindest Abschnitte mit reduzierter Wandstärke vorgesehen sind, besitzt dieser Bremsscheibentopf ferner eine gewisse Elastizität, die einer im wesentlichen ungehinderten thermischen Reibringdehnung förder­ lich ist, d. h. die nicht vermeidbare thermische Reibringdehnung wird somit durch den Bremsscheibentopf nicht nennenswert behindert, so daß Span­ nungen abgebaut bzw. überhaupt keine Spannungen aufgebaut werden und unerwünschte Reibringverformungen ausgeschlossen werden.

Dies verringert zum einen eine unerwünschte sog. Schirmung (dem Fach­ mann bekannte erwärmungsbedingte Verformung des Reibringes) und ver­ bessert somit jeden Bremsvorgang, nachdem Bremsenrubbeln verhindert wird. Ferner wir hierdurch die Reibring-Rißfestigkeit erheblich verbessert, so daß am Reibring bspw. andere Maßnahmen (bspw. eine Lochung) vorgese­ hen werden können, die gewisse Vorteile aufweisen, grundsätzlich jedoch ihrerseits die Reibring-Rißfestigkeit herabsetzen.

Wenn die Fügestelle zwischen Reibring und Bremsscheibentopf in Richtung der Drehachse betrachtet abseits des Ringbereiches des Reibringes liegt und dieser einen bezüglich der Drehachse kreiszylindrischen Fortsatz auf­ weist, der in Radialrichtung betrachtet weiter innen liegt als ein zumindest abschnittsweise aufliegender Abschnitt des Bremsscheibentopf-Mantels, so befindet sich diese sog. Fügestelle vorteilhafterweise zunächst einmal au­ ßerhalb des kritischen Bereiches hinsichtlich maximaler thermischer und mechanischer Belastung. Ferner stabilisiert der sog. kreiszylindrische Absatz den Reibring in axialer Richtung, nachdem die Anbindungskräfte gegenüber dem Bremsscheibentopf aus der Reibringebene herausgelegt werden kön­ nen. Die Gefahr einer geringfügigen Welligkeit des Reibringes wird somit reduziert. Ferner kann die gewünschte Elastizität im Bereich der sog. Füge­ stelle vorteilhafterweise weiter gesteigert werden, wenn der auf dem besag­ ten kreiszylindrischen Fortsatz des Reibringes aufliegende Abschnitt des Bremsscheibentopf-Mantels eine geringere Wandstärke besitzt als der Bremsscheibentopf-Mantel im übrigen Bereich. Bei geeigneter Dimensionie­ rung oder Gestaltung kann die Fügestelle zwischen Bremsscheibentopf und Reibring dann quasi gelenkig sein bzw. sogar gelenkig ausgebildet sein, wo­ bei die erfindungsgemäß für den Bremsscheibentopf vorgeschlagene Mate­ rialgattung aufgrund ihres Elastizitätsmoduls diese Funktion unterstützt. Letztlich kann somit der Übergangsbereich zwischen Bremsscheibentopf und Reibring derart gestaltet werden, daß sich unter Temperatureinfluß - hervor­ gerufen durch eine intensive Erwärmung während eines Bremsvorganges - gerade eben eine erwünschte Schirmung des Reibringes einstellt, welche bekanntermaßen einen Rückstelleffekt bezüglich der Reibungs-Bremsbeläge hat.

Insbesondere wenn die Fügestelle zwischen Reibring und Bremsscheiben­ topf als Preß- oder Schrumpfsitz ausgebildet ist, ist es dabei besonders vor­ teilhaft, wenn im Bereich dieser Fügestelle der Mantelabschnitt des Brems­ scheibentopfes radial weiter außen als der besagte (bezüglich der Brems­ scheiben-Drehachse kreiszylindrische) Fortsatz des Reibringes und dabei auf diesem aufliegt, da dann aufgrund einer thermischen Reibring-Dehnung, die in Radialrichtung nach außen gerichtet ist, durch zusätzliche thermische Belastung der Preßsitz intensiviert wird, d. h. der Reibring-Fortsatz wird hier­ durch verstärkt gegen den Mantelabschnitt des Bremsscheibentopfes ange­ drückt. Vergleichbar wirkt dieser Effekt aber auch dann, wenn die Fügestelle zwischen Reibring und Bremsscheibentopf als stoffschlüssige oder form­ schlüssige Verbindung ausgebildet ist.

Die beigefügten Prinzipskizzen zeigen insgesamt drei bevorzugte Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung in einem Teilschnitt (Fig. 3b in Teilansicht), wobei in sämtlichen Fig. 1, 2, 3a, b mit der Bezugsziffer 1 die Drehachse der Verbund-Bremsscheibe bezeichnet ist, die aus einem Reibring 2 sowie einem Bremsscheibentopf 3 zusammengesetzt ist. In einer sog. Fügestelle 4 sind diese beiden Elemente miteinander verbunden. Wie ersichtlich ist diese Fügestelle 4 dadurch gebildet, daß vom Innenumfang des Reibringes 2 ein bezüglich der Drehachse 1 kreiszylindrischer und somit zu dieser paralleler Fortsatz 2c abragt, auf welchem der Bremsscheibentopf 3 mit einem Ringabschnitt seines Mantels 3a aufliegt. Dabei ist die Fügestelle 4, d. h. die Verbindung zwischen dem Mantel 3a des Bremsscheibentopfes 3 und dem Fortsatz 2c des Reibringes 2 als Preß- oder Schrumpfsitz ausgebildet.

Wie ersichtlich handelt es sich bei sämtlichen Ausführungsbeispielen um einen innenbelüfteten Reibring 2 mit einer vorderen Ringscheibe 2a und ei­ ner hinteren Ringscheibe 2b, wobei die vorliegende Erfindung jedoch eben­ sogut bei einem massiven (einzigen) Reibring umsetzbar ist. Beim Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 1 ragt der Fortsatz 2c von der vorderen (linken) Ringscheibe 2a des Reibringes 2 ab, während beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dieser Fortsatz 2c von der hinteren (rechten) Ringscheibe 2b abragt. Bei der letztgenannten Ausführungsform erhält man somit eine aus­ reichend breite Reibfläche 2d an der Innen-Mantelfläche dieses Fortsatzes 2c, die für eine Duo-Servo-Feststellbremse herangezogen werden kann. Die Ausführungsform nach Fig. 2 eignet sich somit eher für eine PKW- Hinterachs-Bremsscheibe, während die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1, Fig. 3a, b für die Vorderachse des Fahrzeugs herangezogen werden können.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1, 2 ist wie ersichtlich die als Preß- oder Schrumpfsitz ausgebildete Fügestelle 4 durch zumindest ein im wesentlichen senkrecht zur Drehachse 1 ausgerichtetes Verbindungs­ element 5 gesichert, welches hier in Form eines Nietes ausgebildet ist, wel­ ches aber auch als Schraube oder in ähnlicher Weise wirkend ausgebildet sein kann. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3a, 3b ist dieses sichernde Verbindungselement 5 parallel zur Drehachse 1 orientiert und be­ vorzugt mehrfach über dem Umfang der Bremsscheibe verteilt angeordnet. Selbstverständlich muß hierfür vom Bremsscheibentopf 3 ein nicht mit einer separaten Bezugsziffer bezeichneter Steg abragen, durch den die Verbin­ dungselemente 5 hindurch geführt sind. Die genannte Sicherung mit dem oder den Verbindungselement(en) 5 ermöglicht es, die Fügestelle 4 relativ gelenkig zu gestalten, wobei durch eine in Radialrichtung R nach außen ge­ richtete Wärmedehnung des Reibringes 2 dessen Fortsatz 2c verstärkt von innen gegen den Mantel 3a des Bremsscheibentopfes 3 angedrückt wird, so daß die Verbindung zwischen dem Reibring 2 und dem Bremsscheibentopf 3 auch bei einer Erwärmung und daraus resultierenden Wärmedehnung des Reibringes 2 nicht gelöst wird.

Zurückkommend auf die bereits angesprochene Gelenkigkeit in der Füge­ stelle 4 weist der Mantel 3a des Bremsscheibentopfes 3 hierfür einen Ab­ schnitt mit reduzierter Wandstärke auf, und zwar im direkten Bereich der Fü­ gestelle 4, wobei der Mantel 3a in diesem Bereich wie ersichtlich stufenför­ mig ausgebildet ist. Dabei ist bei den Ausführungsbeispielen in den Fig. 1, 2 derjenige Ringabschnitt des Mantels 3a, der auf dem Fortsatz 2c des Reibringes 2 aufliegt, in Radialrichtung R über eine Stufe nach außen ver­ setzt, während der übrige Abschnitt des Mantels 3a, der sich bis zur Boden­ platte 3b des Bremsscheibentopfes 3 erstreckt, in Radialrichtung R betrach­ tet im wesentlichen auf Höhe des Fortsatzes 2c liegt. Beim Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 3a hingegen ist in der Innenmantelseite des Bremsscheiben­ topfes 3 eine geeignete Aussparung vorgesehen.

Durch den soweit beschriebenen Abschnitt mit reduzierter Wandstärke wird eine gewünschte Elastizität des Bremsscheibentopfes 3 geschaffen, die der gewünschten quasi gelenkigen Verbindung zwischen Bremsscheibentopf 3 und Reibring 1 förderlich ist. Die Elastizität des Verbundes wird somit gestei­ gert, so daß ein Aufbau mechanischer Spannungen verhindert wird. Gleich­ zeitig liegt mit dieser Maßnahme die Fügestelle 4 außerhalb des hinsichtlich der gewünschten Verbindung zwischen Bremsscheibentopf 3 und Reibring 2 kritischen Bereiches bezüglich maximaler thermischer und mechanischer Belastung, der mit der Bezugsziffer 7 bezeichnet ist.

Nochmals zurückkommend auf die bereits angesprochene Gelenkigkeit in der Fügestelle 4 wird eine gewünschte Elastizität der erfindungsgemäßen Verbund-Bremsscheibe auch durch bevorzugt mehrere in den Fig. 1 und 3b dargestellte Durchbrüche 6 erzielt bzw. gesteigert, die über dem Umfang des Bremsscheibentopfes 3 bevorzugt gleichmäßig verteilt im Man­ tel 3a desselben vorgesehen sind. Diese Durchbrüche 6 verleihen der Ver­ bund-Bremsscheibe die gewünschte Elastizität in der Umgebung der Füge­ stelle 4, und zwar auch dann, wenn der Bremsscheibentopf 3 ansonsten re­ lativ massiv, d. h. nicht biegeweich, sondern in sich steif in ausreichend star­ kem bzw. dicken Stahl oder dgl. ausgebildet ist.

Bei Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind im übrigen keine derartigen Durch­ brüche 6 vorhanden, da dort - wie bereits erwähnt - eine Reibfläche 2d für eine Duo-Servo-Feststellbremse vorgesehen ist, die vor Verschmutzung ge­ schützt werden muß. Wegen der geringeren mechanischen Belastung der dann als Hinterachs-Bremsscheibe zum Einsatz kommenden Bremsscheibe kann dann jedoch die Wand des Bremsscheibentopfes 3 dünner ausgebildet sein, wodurch wiederum die Elastizität wie gewünscht erhöht wird.

Selbstverständlich sind bei sämtlichen Ausführungsbeispielen auch in der sog. Bodenplatte des Bremsscheibentopfes 3 diverse Durchbrüche (nicht mit Bezugsziffern bezeichnet) vorgesehen, die jedoch üblich und funktional be­ dingt sind, nämlich zum einen mehrere Durchgangslöcher für Befestigungs­ schrauben sowie ein zentraler Durchbruch für die Nabe des Radträgers, an welchem wie üblich neben der Bremsscheibe ein Rad des Fahrzeuges befe­ stigt wird. Zurückkommend auf die im kreiszylindrischen Mantel 3a des Bremsscheibentopfes 3 vorgesehenen Durchbrüche 6 erkennt man in der Teilansicht nach Fig. 3b, daß diese über dem Umfang des Bremsscheiben­ topfes 3 mehrfach vorgesehenen und sich dabei jeweils im wesentlichen in Richtung der Drehachse 1 erstreckenden Durchbrüche 6 durchaus unter­ schiedlich geformt sein können. Insbesondere können diese Durchbrüche 6 zur dem Reibring 2 zugewandten Stirnseite des Bremsscheibentopfes 3 hin offen oder geschlossen sein.

Wie vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele bereits erläutert wurde, ist der Bremsscheibentopf 3 in Stahl, bevorzugt Edelstahl oder einem vergleichbaren höherfesten Material ausgeführt, während es sich bei dem Reibring 2 (inklusive des Fortsatzes 2) um ein Gußteil bevorzugt aus GG-15 oder GG-25 handelt. Für das funktionswesentliche Element, nämlich den Reibring 2, wird somit auf ein bewährtes Material zurückgegrif­ fen, so daß auch wieder übliche Reibungsbremsbeläge verwendet werden können, während der Bremsscheibentopf 3 aus einem höherfesten Material besteht, und somit auch eine gewisse Elastizität besitzen kann. Dabei bietet ein Edelstahl-Bremsscheibentopf aufgrund der Materialauswahl ein Styling­ potential. Insbesondere jedoch ist - u. a. auch mit den Durchbrüchen 6 - eine Gewichtsersparnis sowie eine Bauraum gewinnende reduzierte Wandstärke am Bremsscheibentopf 3 erzielbar.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß eine Vielzahl weiterer De­ tails insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentan­ sprüche zu verlassen. So kann beispielsweise die Fügestelle 4 zwischen Reibring 2 (bzw. vorderer Ringscheibe 2a oder Fortsatz 2c) und Brems­ scheibentopf 3 auch als stoffschlüssige Verbindung ausgebildet sein. Neben Schutzgasschweißen oder Laserschweißen ist auch Reibschweißen durch­ führbar, bspw. wenn auf die betroffenen Fügeflächen zuvor eine dünne Zwi­ schenschicht aufgebracht wird, die dann ein Reibschweißen dieser unter­ schiedlichen Materialien, nämlich GG-15 oder dgl. einerseits und höherfester Stahl oder dgl. andererseits, ermöglicht.

Weitere mögliche stoffschlüssige Verbindungstechniken sind Vergießen oder Löten, jedoch kann alternativ auch eine formschlüssige Verbindungstechnik verwendet werden, so bevorzugt induktive Umformung. Stets erhält man die wesentlichen Vorteile der soweit beschriebenen Verbund-Bremsscheibe, nämlich eine verbesserte Möglichkeit für die thermische Reibringdehnung bei Reduzierung mechanischer Spannungen, wobei sich die Fügestelle 4 im nicht kritischen Bereich befindet.

Claims (6)

1. Verbund-Bremsscheibe für eine Fahrzeug-Scheibenbremse mit einem in einem Gußwerkstoff, insbesondere GG-15 oder GG-25, ausge­ führten Reibring, (2) der an einem aus einem anderen Werkstoff be­ stehenden Bremsscheibentopf (3) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsscheibentopf (3) in Stahl oder einem vergleichbaren höherfesten Material ausgeführt und an seinem kreiszylindrischen Mantel (3a) mit Durchbrüchen (6) und/oder mit Ab­ schnitten mit reduzierter Wandstärke versehen ist, um eine ausrei­ chende Elastizität für eine thermische Dehnung des Reibrings (2) zu gewährleisten.

2. Verbund-Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügestelle (4) zwischen Reibring (2) und Bremsscheibentopf (3) in Richtung der Drehachse (1) betrachtet abseits des Ringbereiches des Reibringes (2) liegt, wozu dieser einen bezüglich der Drehachse (1) kreiszylindrischen Fortsatz (2c) aufweist, der in Radialrichtung (R) betrachtet weiter innen liegt als ein zumin­ dest abschnittsweise aufliegender Abschnitt des Bremsscheibentopf- Mantels (3a).

3. Verbund-Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügestelle (4) zwischen Reibring (2) und Bremsscheibentopf (3) als Preß- oder Schrumpfsitz ausgebildet ist.

4. Verbund-Bremsscheibe nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügestelle (4) zwischen Reibring (2) und Bremsscheibentopf (3) als stoffschlüssige oder formschlüssige Verbindung ausgebildet ist.

5. Verbund-Bremsscheibe nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügestelle (4) durch zumindest ein im wesentlichen senkrecht zur Drehachse (1) ausgerichtetes Verbin­ dungselement (5) gesichert ist.

6. Verbund-Bremsscheibe nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsscheibentopf (3) in Edelstahl ausgeführt ist.