DE10125115A1 - Zweiteilige Bremsscheibe mit Geräuschdämpfungselement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine zweiteilige Bremsscheibe mit einem Reibring und einem Halteteil, die formschlüssig miteinander verbunden sind. Die Bremsscheibe zeichnet sich dadurch aus, dass der Reibring und das Halteteil durch ein umlaufendes Dämpfungselement entkoppelt sind, das Dämpfungselement einen tragenden metallischen Ring und ein damit verbundenes ringförmiges Dämpfungsmaterial umfasst. In axialer Richtung wird der Reibring und das Halteteil durch mindestens einen tellerfederförmigen Sicherungsring gegen Verschieben gesichert

Description

Die Erfindung betrifft eine zweiteilige Bremsscheibe nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.

Bei heutigen Großserien-Kraftfahrzeugen werden überwiegend ein­ teilige Bremsscheiben aus Grauguss eingesetzt. Sie stellen ei­ nen guten Kompromiss aus verschiedenen Anforderungen dar. Die thermische Beständigkeit, die mechanische Festigkeit und das Verschleißverhalten genügen in vielen fällen den Anforderungen. Zu dem sind Bremsscheiben aus Grauguss kostengünstig herzustel­ len.

Nachteile des Graugussmaterials sind neben seiner Korrosionsan­ fälligkeit, sein hohes spezifisches Gewicht und seine geringe Dämpfungseigenschaft. Die schlechten Dämpfungseigenschaften führen speziell bei einteiligen Bremsscheiben zu Bremsgeräu­ schen, die von den Insassen als unangenehm empfunden werden. Des Weiteren ergeben sich bei einteiligen Bremsscheiben Ver­ spannungen zwischen Topf und Reibring.

Eine Maßnahme zur Reduktion von Bremsgeräuschen besteht darin, Bremsscheiben zweiteilig auszugestalten. Da es trotzdem zu Ver­ spannungen zwischen Topf und Reibring kommen kann, werden Bremsgeräusche zwar reduziert, jedoch nicht ausgeschaltet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, die Geräusch­ entwicklung von zweiteiligen Bremsscheiben im Bremsbetrieb zu verringern.

Die Lösung der Aufgabe besteht in den Merkmalen des Patenan­ spruchs 1.

Eine zweiteilige Bremsscheibe, die einen Reibring und ein Hal­ teteil umfasst, die formschlüssig aneinander gefügt sind, wird durch einen radialen Sicherungsring gesichert. Der Sicherungs­ ring ist in Form einer Tellerfeder ausgebildet wodurch axiale Wärmeausdehnungen sowohl des Reibrings als auch des Halteteils kompensiert werden können.

Der Reibring und das Halteteil sind durch mindestens ein umlau­ fendes, ringförmiges Dämpfungselement entkoppelt. Das Dämp­ fungselement weist mindestens einen metallischen, tragenden Ring auf, auf dem ein dämpfendes Material angebracht ist. Das Dämpfungsmaterial ist vorzugsweise ebenfalls umlaufend auf dem tragenden Ring angeordnet oder zwischen zwei tragenden Ringen eingespannt, es kann aber auch unterbrochen sein und in kleine­ ren Segmenten auf dem tragenden Ring angeordnet sein. Das Dämp­ fungselement kann als offener oder geschlossener Ring ausgestaltet sein.

Das Dämpfungselement ist derart angebracht, dass die Kräfte, die vom Reibring auf das Halteteil wirken, zumindest teilweise durch das Dämpfungsmaterial übertragen werden und somit ge­ dämpft werden. Der Begriff teilweise bezieht sich hierbei auf die Komponenten der Kräftevektoren, die vom Reibring in Rich­ tung des Dämpfungsmaterials wirken.

Es besteht demnach eine direkte Kette der Kraftübertragung zwi­ schen dem Reibring und dem Halteteil in die das mindestens eine Dämpfungselement eingebunden ist. Das Dämpfungselement kann die Kraft direkt oder indirekt übertragen. Indirekt bedeutet hier­ bei, es kann ein weiteres Element, z. B. der Sicherungsring o­ der ein zweiter tragender Metallring zwischengeschaltet sein. Bei einer indirekten Kraftübertragung kann das Dämpfungselement am Reibring oder am Halteteil anliegen. Dabei ist es im Sinne der Erfindung unerheblich, ob das dämpfende Material oder der tragende metallische Ring am Reibring bzw. am Halteteil an­ liegt.

Der Sicherungsring ist vorteilhafterweise in einer umlaufenden Nut im Halteteil eingebracht, was die Montage vereinfacht. Der Sicherungsring kann wie das Dämpfungselement offen oder ge­ schlossen ausgestaltet sein (Anspruch 2).

Eine bevorzugte Ausgestaltungsform der Erfindung besteht darin, dass die axiale Sicherung in eine axiale Richtung durch einen Absatz im Halteteil ausgestaltet ist. In die entgegengesetzte axiale Richtung erfolgt die Sicherung durch den tellerfederför­ migen Sicherungsring. Der Vorteil besteht in einer einfachen Montage und einer genauen axialen Zentrierung. Zudem werden keine zusätzlichen Befestigungsmittel benötigt (Anspruch 3).

Die radiale Sicherung und Kraftübertragung zwischen Reibring und Halteteil erfolgt vorzugsweise über eine Zahnwellen- oder Keilwellenverbindung. Diese Verbindungen lassen die Übertragung hoher Momente zu und weisen geringes Spiel auf. Dennoch ist ei­ ne radiale Kraftübertragung durch Stifte, Bolzen oder Keile möglich, wenn die konstruktiven Bedingungen dies erfordert (An­ spruch 4).

Das Halteteil ist gewöhnlich ein Bremsscheibentopf. Dies hat den Vorteil, dass die Wärme, die beim Bremsen entsteht gut an die Umgebung abgeführt werden kann. Unter bestimmten konstruk­ tiven Voraussetzungen, die hier nicht näher erörtert werden, ist eine direkte Anbindung des Reibrings an die Radnabe mög­ lich. Hierdurch kann ungefederte Masse im Fahrwerk eingespart werden, was sich positiv auf den Fahrkomfort auswirkt (Anspruch 5).

Weitere Massereduktionen im Bereich der Bremsscheibe können durch einen Reibring aus einem Metall-Keramik-Verbundwerstoff erzielt werden. Dieser weist zudem noch eine höhere thermische Belastbarkeit und eine bessere Verschleißbeständigkeit auf (An­ spruch 6).

Die selben Vorteile der Gewichtsreduktion gelten auch für das Halteteil, wenn es aus einer Leichtmetalllegierung besteht. Be­ sonders geeignet hierfür sind Aluminium und Titanlegierungen.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind an Hand der folgenden Beispiele dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1, eine dreidimensionale Darstellung einer zweiteiligen Bremsscheibe mit einem umlaufenden Sicherungsring,

Fig. 2a-9a, Schnittzeichnungen durch zweiteilige Bremsschei­ ben mit einem Sicherungsring und einem Dämpfungselement und

Fig. 2b-9b, vergrößerte Darstellung der entsprechenden De­ tails IIb-IXb der Fig. 2a-9a.

In Fig. 1 ist eine zweiteilige Bremsscheibe dargestellt, die einen Reibring 1-1, ein Halteteil 2-1 und einen Sicherungsring 3-1 aufweist (Die zweite Ziffer der Bezugszeichen steht für die Figurennummer). Fig. 1 veranschaulicht den prinzipiellen Aufbau einer zweiteiligen Bremsscheibe mit einem radialen Sicherungs­ ring 3-1, ein erfindungsgemäßes Dämpfungselement ist in Fig. 1 nicht dargestellt. Das Halteteil 2-1 in Fig. 1 ist als Radnabe ausgebildet. Es weist an seinem Außenumfang eine Verzahnung 8 auf, in die eine in Fig. 1. nicht zu erkennende Verzahnung des Reibrings greift. Durch die gegenseitige Verzahnung wird in ra­ dialer Richtung die Kraft zwischen dem Reibring 1-1 und dem Halteteil 2-1 übertragen. In axiale Richtung wird der Reibring 1-1 und das Halteteil 2-1 durch den Sicherungsring 3-1 gegen Verschieben gesichert.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch eine zweiteilige Brems­ scheibe dargestellt, die dem Aufbau nach der in Fig. 1 darge­ stellten Bremsscheibe entspricht. Die axiale Sicherung erfolgt in einer Richtung durch einen tellerfederförmigen Sicherungs­ ring 3-2 und in der gegengesetzten Richtung durch einen Absatz im Halteteil 7-2. Durch den axial federnden Sicherungsring 3-2 können axiale Bewegungen und axiale Wärmeausdehnungen des Reib­ rings 1-2 ausgeglichen werden.

Die Bremsscheibe in Fig. 2 weist zusätzliche noch ein erfin­ dungsgemäßes Dämpfungselement 4-2 auf. Das Dämpfungselement 4-2 besteht aus einem tragenden Ring 6-2 und einem Dämpfungsmateri­ al 5-2. Tragender Ring 6-2 und Dämpfungsmaterial 5-2 sind fest miteinander verbunden. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise durch Kleben oder Nieten. Das Dämpfungsmaterial besteht vor­ zugsweise aus einem elastischen organischen Material, z. B. aus Kautschuk, thermoplastischen Elastomeren oder andern höher tem­ peraturbeständigen Kunststoffen. Der tragende Ring 6-2 besteht bevorzugt aus einem Metall wie z. B. Messing oder Kupfer, er kann jedoch aus einem anderen temperaturbeständigen Material auf Kohlenstoffbasis oder Keramik oder hochtemperaturbeständige Kunststoffe wie Teflon bestehen.

Das Dämpfungselement 4-2 ist in Fig. 2 zwischen dem Sicherungs­ ring 3-2 und dem Reibring 1-2 angebracht. Dabei ist es so aus­ gerichtet, dass der federnde Sicherungsring 3-2 auf den tragenden Ring 6-2 drückt. Das Dämpfungsmaterial wird so flä­ chig auf den Reibring 2-1 gedrückt, wodurch Beschädigungen des relativ weichen Dämpfungsmaterials 5-2 vermieden werden.

Schwingungsamplituden des Reibrings, die während des Bremsvor­ gangs auftreten und geräuschrelevant sind, verlaufen größten­ teils in axialer Richtung. Durch das Dämpfungsmaterial 5-2 werden die Schwingungsamplituden des Reibrings 1-2 zu einem er­ heblichen Teil kompensiert. Daraus folgt eine geringere Ge­ räuschentwicklung und somit ein höherer Fahrkomfort. Das Material des Reibrings und des Halteteils haben keinen Einfluss auf die Wirkungsweise des Dämpfungselementes.

Die zweiteilige Bremsscheibe in Fig. 3 ist analog der Fig. 2 in Kombination mit der Fig. 1 aufgebaut. Der einzige Unter­ schied zu Fig. 2 besteht darin, dass das Dämpfungselement 4-3 zwei tragende Ringe 6-3 aufweist. Der Vorteil besteht darin, dass das Dämpfungsmaterial 5-3 durch den am Reibring 1-3 anlie­ genden Ring 6-3 thermisch geschützt ist.

Die zweiteilige Bremsscheibe in Fig. 4 ist analog der Fig. 2 in Kombination mit der Fig. 1 aufgebaut. Der einzige Unter­ schied zu Fig. 2 besteht darin, dass das Dämpfungselement in einer Nut 9-4 im Reibring 1-4 geführt ist. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass verstärkt Schwingungen in radia­ ler Richtung durch das Dämpfungselement 4-4 aufgenommen werden. Zudem verringert sich der Platzbedarf, es wird weniger Bauraum benötigt.

Die zweiteilige Bremsscheibe in Fig. 5 ist analog der Fig. 2 in Kombination mit der Fig. 1 aufgebaut. Der Unterschied zu Fig. 2 besteht darin, dass das Dämpfungselement 4-5 um den Si­ cherungsring 3-5 gefaltet ist. Der Anpressdruck auf das Dämp­ fungselement 4-5 erfolgt punktuell über den Reibring 1-5 auf den tragenden Ring 6-5. Das Dämpfungsmaterial 5-5 ist so beson­ ders gut thermisch geschützt.

Die zweiteilige Bremsscheibe in Fig. 6 ist analog der Fig. 2 in Kombination mit der Fig. 1 aufgebaut. Der Unterschied zu Fig. 2 besteht darin, dass der Sicherungsring 3-6 direkt am Reibring 1-6 anliegt. Das Dämpfungselement 4-6 befindet sich in einer Nut 10-6 im Halteteil 2-6. Es ist dort so eingebracht, dass der tragende Ring am Halteteil 2-6 anliegt, das Dämpfungs­ material 5-6 befindet sich zwischen dem Sicherungsring 3-6 und dem tragenden Ring 6-6. Auch hier ist das Dämpfungsmaterial vor erhöhter thermischer Belastung geschützt.

Die zweiteiligen Bremsscheiben der Fig. 7 bis 9 unterschei­ den sich von vorangegangenen Figuren darin, dass die Dämpfungs­ elemente 4-7 bis 4-9 neben der schwingungsdämpfenden Funktion eine axiale Sicherungsfunktion übernehmen. In Fig. 7 ist der tragende Ring 6-7 des Dämpfungselementes 4-7 in einer Nut 11-7 teilweise versenkt. An dem hervorschauenden Teil des Dämpfungs­ elementes 4-7 liegt der Reibring 1-7 in axialer Richtung direkt am Dämpfungsmaterial 5-7 an. In die entgegengesetzte axiale Richtung erfolgt die Sicherung durch den tellerfederförmigen Sicherungsring 3-7.

Die Fig. 8 unterscheidet sich von der Fig. 7 darin, dass zwi­ schen dem Reibring 1-8 und dem Dämpfungsmaterial 5-8 ein zu­ sätzlicher Ring 13-8 angebracht ist. Dieser zusätzliche Ring 13-8 kann Bestandteil des Dämpfungselements 4-8 und mit diesem fest verbunden sein oder ein einzelner Ring sein, der durch An­ presskraft fixiert ist. Der Ring 13-8 der aus Metall oder einem anderen temperaturbeständigen Werkstoff wie z. B. Kohlenstoff Keramik oder Teflon ausgestaltet ist, schützt das Dämpfungsma­ terial vor Überhitzung.

Die Fig. 9 unterscheidet sich von der Fig. 8 darin, dass das Dämpfungselement zumindest teilweise in einer Nut 12-9 des Reibrings 1-9 verläuft. Durch diese Maßnahme kann Bauraum ge­ spart werden und radiale Schwingungen werden besser vom Dämp­ fungselement aufgenommen.

Bei Verwendung von mehr als einem Dämpfungselement ist eine Kombination einer der Fig. 2 bis 6 mit einer der Fig. 7 bis 9 zweckmäßig.

Claims (7)

1. Zweiteilige Bremsscheibe, mit einem Reibring (1) und einem Halteteil (2), die formschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass
der Reibring (1) und das Halteteil (2) durch mindestens ein umlaufendes Dämpfungselement (4) entkoppelt sind,
das Dämpfungselement (4) mindestens einen tragenden Ring (6) und mindestens ein damit verbundenes ringförmiges Dämpfungsmaterial (5) umfasst,
und mindestens ein tellerfederförmiger Sicherungsring (3) den Reibring (1) und das Halteteil (2) in axiale Richtung gegen Verschieben sichert.

2. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (3) in eine Nut (10) im Halteteil (2) eingebracht ist.

3. Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (1) bezüglich des Halteteils (2) in eine axia­ le Richtung durch einen Absatz (7) im Halteteil (2) und in die zweite axiale Richtung durch den Sicherungsring (3) ge­ gen Verschiebung gesichert ist.

4. Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Kraftübertragung zwischen Halteteil (2) und Reibring (3) durch ein Zahnwellen oder Keilwellenprofil er­ folgt.

5. Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil (2) ein Bremsscheibentopf oder eine Radnabe ist.

6. Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (1) aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff besteht.

7. Bremsscheibe nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass das Halteteil (2) aus einem Leichtbauwerkstoff be­ steht.