DE10125115B4

DE10125115B4 - Zweiteilige Bremsscheibe mit Geräuschdämpfungselement

Info

Publication number: DE10125115B4
Application number: DE2001125115
Authority: DE
Inventors: Muharrem Dipl.-Ing. Er (U); Karl Dipl.-Ing. Häsler (U); Gerhard Dipl.-Ing. Mauch; Peter Staudenecker
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: DE10125115A1

Abstract

Zweiteilige Bremsscheibe, mit einem Reibring (1) und einem Halteteil (2), die formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei 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, wobei
• mindestens ein tellerfederförmiger Sicherungsring (3) den Reibring (1) und das Halteteil (2) in mindestens eine axiale Richtung gegen Verschieben sichert und
• das Dämpfungselement (4) durch die Spannkraft des Sicherungsrings (3) an den Reibring (1) oder das Halteteil (2) gedrückt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine zweiteilige Bremsscheibe nach Patentanspruch 1.
Bei heutigen Großserien-Kraftfahrzeugen werden überwiegend einteilige Bremsscheiben aus Grauguss eingesetzt. Sie stellen einen guten Kompromiss aus verschiedenen Anforderungen dar. Die thermische Beständigkeit, die mechanische Festigkeit und das Verschleißverhalten genügen in vielen Fällen den Anforderungen. Zudem sind Bremsscheiben aus Grauguss kostengünstig herzustellen.
Nachteile des Graugussmaterials sind neben seiner Korrosionsanfälligkeit sein hohes spezifisches Gewicht und seine geringe Dämpfungseigenschaft. Die schlechten Dämpfungseigenschaften führen speziell bei einteiligen Bremsscheiben zu Bremsgeräuschen, die von den Insassen als unangenehm empfunden werden. Des Weiteren ergeben sich bei einteiligen Bremsscheiben Verspannungen zwischen Topf und Reibring.
Eine Maßnahme zur Reduktion von Bremsgeräuschen besteht darin, Bremsscheiben zweiteilig auszugestalten. Da es trotzdem zu Verspannungen zwischen Topf und Reibring kommen kann, werden Bremsgeräusche zwar reduziert, jedoch nicht ausgeschaltet.

Die DE 1267 473 B zeigt eine schwingungsdämpfende Anbringung von Bremsscheiben an einen Bremsscheibentopf. Dabei ist zwischen Bremsscheibe und Nabe ein Distanzstück und ein Dämpfungselement vorgesehen, wobei das Dämpfungselement gegenüber dem Distanz stück ein Übermaß aufweist und durch die Anordnung auf die Dicke des Distanzstückes zusammengedrückt wird

Die WO 00/06922 A1 offenbart ebenfalls die Anbindung einer Bremsscheibe an einen Bremsscheibentopf. Dabei wird die Bremsscheibe gegenüber axialen Bewegungen durch einen Spannring gesichert. Dieser ist in einer rundum verlaufenden Nut der Bremsscheibe angeordnet.

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

Die Lösung der Aufgabe besteht in den Merkmalen des Patenanspruchs 1.

Eine zweiteilige Bremsscheibe, die einen Reibring und ein Halteteil umfasst, die formschlüssig aneinander gefügt sind, wird durch einen radialen Sicherungsring gesichert. Der Sicherungsring 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 umlaufendes, ringförmiges Dämpfungselement entkoppelt. Das Dämpfungselement 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 kleineren Segmenten auf dem tragenden Ring angeordnet sein. Das Dämpfungselement 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 Richtung des Dämpfungsmaterials wirken.

Es besteht demnach eine direkte Kette der Kraftübertragung zwischen dem Reibring und dem Halteteil, in die das mindestens eine Dämpfungselement eingebunden ist. Das Dämpfungselement kann die Kraft direkt oder indirekt übertragen. Indirekt bedeutet hierbei, es kann ein weiteres Element, z. B. der Sicherungsring oder 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 anliegt.

Der Sicherungsring ist vorteilhafterweise in einer umlaufenden Nut im Halteteil eingebracht, was die Montage vereinfacht. Der Sicherungsring kann wie das Dämpfungselement offen oder geschlossen ausgestaltet sein.

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 tellerfederförmigen Sicherungsring. Der Vorteil besteht in einer einfachen Montage und einer genauen axialen Zentrierung. Zudem werden keine zusätzlichen Befestigungsmittel benötigt.

Die 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 eine Kraftübertragung durch Stifte, Bolzen oder Keile möglich, wenn die konstruktiven Bedingungen dies erfordert.

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 konstruktiven Voraussetzungen, die hier nicht näher erörtert werden, ist eine direkte Anbindung des Reibrings an die Radnabe möglich. Hierdurch kann ungefederte Masse im Fahrwerk eingespart werden, was sich positiv auf den Fahrkomfort auswirkt.

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

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

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind an Hand der folgenden Beispiele dargestellt.
Es zeigen:
1, eine dreidimensionale Darstellung einer zweiteiligen Bremsscheibe mit einem umlaufenden Sicherungsring,
2a – 9a, Schnittzeichnungen durch zweiteilige Bremsscheiben mit einem Sicherungsring und einem Dämpfungselement und
2b – 9b, vergrößerte Darstellung der entsprechenden Details IIb – IXb der 2a – 9a.
In 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). 1 veranschaulicht den prinzipiellen Aufbau einer zweiteiligen Bremsscheibe mit einem radialen Sicherungs ring 3-1, ein Dämpfungselement ist in 1 nicht dargestellt. Das Halteteil 2-1 in 1 ist als Radnabe ausgebildet. Es weist an seinem Außenumfang eine Verzahnung 8 auf, in die eine in 1. nicht zu erkennende Verzahnung des Reibrings greift. Durch die gegenseitige Verzahnung wird 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 2 ist ein Querschnitt durch eine zweiteilige Bremsscheibe dargestellt, die dem Aufbau nach der in 1 dargestellten Bremsscheibe entspricht. Die axiale Sicherung erfolgt in einer Richtung durch einen tellerfederförmigen Sicherungsring 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 Reibrings 1-2 ausgeglichen werden.
Die Bremsscheibe in 2 weist zusätzlich noch ein Dämpfungselement 4-2 auf. Das Dämpfungselement 4-2 besteht aus einem tragenden Ring 6-2 und einem Dämpfungsmaterial 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 vorzugsweise aus einem elastischen organischen Material, z. B. aus Kautschuk, thermoplastischen Elastomeren oder andern höher temperaturbeständigen 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 hochtemperaturbeständigen Kunststoffen wie Teflon bestehen.
Das Dämpfungselement 4-2 ist in 2 zwischen dem Sicherungsring 3-2 und dem Reibring 1-2 angebracht. Dabei ist es so ausgerichtet, 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 Bremsvorgangs auftreten und geräuschrelevant sind, verlaufen größtenteils in axialer Richtung. Durch das Dämpfungsmaterial 5-2 werden die Schwingungsamplituden des Reibrings 1-2 zu einem erheblichen Teil kompensiert. Daraus folgt eine geringere Geräuschentwicklung und somit ein höherer Fahrkomfort. Das Material des Reibrings und des Halteteils haben keinen Einfluss auf die Wirkungsweise des Dämpfungselementes.
Die zweiteilige Bremsscheibe in 3 ist analog der 2 in Kombination mit der 1 aufgebaut. Der einzige Unterschied zu 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 anliegenden Ring 6-3 thermisch geschützt ist.
Die zweiteilige Bremsscheibe in 4 ist analog der 2 in Kombination mit der 1 aufgebaut. Der einzige Unterschied zu 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 radialer Richtung durch das Dämpfungselement 4-4 aufgenommen werden. Zudem verringert sich der Platzbedarf, es wird weniger Bauraum benötigt.
Die zweiteilige Bremsscheibe in 5 ist analog der 2 in Kombination mit der 1 aufgebaut. Der Unterschied zu 2 besteht darin, dass das Dämpfungselement 4-5 um den Sicherungsring 3-5 gefaltet ist. Der Anpressdruck auf das Dämpfungselement 4-5 erfolgt punktuell über den Reibring 1-5 auf den tragenden Ring 6-5. Das Dämpfungsmaterial 5-5 ist so besonders gut thermisch geschützt.
Die zweiteilige Bremsscheibe in 6 ist analog der 2 in Kombination mit der 1 aufgebaut. Der Unterschied zu 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 Dämpfungsmaterial 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 7 bis 9 unterscheiden sich von vorangegangenen Figuren darin, dass die Dämpfungselemente 4-7 bis 4-9 neben der schwingungsdämpfenden Funktion eine axiale Sicherungsfunktion übernehmen. In 7 ist der tragende Ring 6-7 des Dämpfungselementes 4-7 in einer Nut 11-7 teilweise versenkt. An dem hervorschauenden Teil des Dämpfungselementes 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 8 unterscheidet sich von der 7 darin, dass zwischen dem Reibring 1-8 und dem Dämpfungsmaterial 5-8 ein zusätzlicher 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 Anpresskraft 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 Dämpfungsmaterial vor Überhitzung.
Die 9 unterscheidet sich von der 8 darin, dass das Dämpfungselement zumindest teilweise in einer Nut 12-9 des Reibrings 1-9 verläuft. Durch diese Maßnahme kann Bauraum gespart werden und radiale Schwingungen werden besser vom Dämpfungselement aufgenommen.
Bei Verwendung von mehr als einem Dämpfungselement ist eine Kombination einer der 2 bis 6 mit einer der 7 bis 9 zweckmäßig.

Claims

Zweiteilige Bremsscheibe, mit einem Reibring (1) und einem Halteteil (2), die formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei 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, wobei • mindestens ein tellerfederförmiger Sicherungsring (3) den Reibring (1) und das Halteteil (2) in mindestens eine axiale Richtung gegen Verschieben sichert und • das Dämpfungselement (4) durch die Spannkraft des Sicherungsrings (3) an den Reibring (1) oder das Halteteil (2) gedrückt wird.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine tragende Ring (6) zwischen dem Sicherungsring (3) und dem Dämpfungsmaterial (5) angeordnet ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (4) flächig an den Reibring (1) oder das Halteteil (2) gedrückt wird.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (4) zumindest teilweise um den Sicherungsring (3) gefaltet ist und das Dämpfungsmaterial (5) am Sicherungsring (3) anliegt.
Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (4) auf einer dem Sicherungsring (3) axial entgegengesetzten Seite des Reibrings (1) als axiale Sicherung angebracht ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (4) eine Sicherungsfunktion in eine axiale Richtung übernimmt.
Bremsscheibe nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (4) mindestens teilweise in einer umlaufenden Nut im Halteteil (2) verläuft.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragung zwischen Halteteil (2) und Reibring (3) durch ein Zahnwellen oder Keilwellenprofil erfolgt.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil (2) ein Bremsscheibentopf oder eine Radnabe ist.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (1) aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff besteht.
Bremsscheibe nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil (2) aus einem Leichtbauwerkstoff besteht.