DE102005015552B3

DE102005015552B3 - Bremsscheibe, insbesondere innenbelüftete Bremsscheibe

Info

Publication number: DE102005015552B3
Application number: DE102005015552A
Authority: DE
Original assignee: Otto Zimmermann GmbH
Current assignee: OTTO ZIMMERMANN, MASCHINEN- UND APPARATEBAUGES, DE
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2005-04-04
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2025-04-05
Also published as: US7967115B2; US20060243547A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe, insbesondere innenbelüftete Bremsscheibe, mit mindestens einem Reibring (12), der über Befestigungselemente mit einem Bremsscheibentopf (14) verbunden ist, wobei die Befestigungselemente als Gewindebolzen (19) ausgebildet sind, die einen zylindrischen Abschnitt (22) und einen Gewindeabschnitt (21) aufweisen, welche in den Bremsscheibentopf (14) derart einschraubbar sind, dass die zylindrischen Abschnitte (22) der Gewindebolzen (19) in Radialkraftrichtung über einen Außenumfang (25) des Bremsscheibentopfes (14) sich nach außen ragend erstrecken und dass die zylindrischen Abschnitte (22) in Halteabschnitte (34) des Reibringes (12) eingreifen und den Reibring (12) unter Bildung eines Ringspaltes (36) zum Bremsscheibentopf (14) aufnehmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe, insbesondere innenbelüftete Bremsscheibe, mit mindestens einem Reibring, der über Befestigungselemente mit einem Bremsscheibentopf verbunden ist.

Aus der EP 198 217 A1 geht eine zweiteilige Bremsscheibe hervor. Auf einem Bremsscheibentopf ist ein Aufnahmebereich für einen Reibring vorgesehen. Der Reibring stützt sich voll umfänglich auf den Aufnahmebereich des Bremsscheibentopfes ab. Des Weiteren weist der Reibring eine Schulter auf, um den Reibring in axialer Richtung lagerichtig zum Aufnahmeabschnitt des Bremsscheibentopfes zu positionieren. Zur Fixierung des Reibringes zum Bremsscheibentopf sind Schrauben vorgesehen, welche in die radial nach außen verlaufenden Kühlkanäle des Reib ringes eingesetzt werden. Die Größe des Schraubenkopfes ist an die Breite, jedoch nicht an die Länge der ovalen Kühlkanäle angepasst.

Diese Ausführungsform weist den Nachteil auf, dass eine schwimmende Lagerung des Reibringes zum Bremsscheibentopf nur in kaltem Zustand und nur in axialer Richtung ermöglicht ist. Zudem weist diese zweiteilige Bremsscheibe den Nachteil auf, dass die Montage aufwändig und erschwert ist, insbesondere das Einsetzen und Entfernen der in den radial verlaufenden Lüftungskanälen angeordneten Befestigungsschrauben. Im abgekühlten Zustand liegen der Reibring und der Bremsscheibentopf bereits an. Während dem Betrieb entstehen aufgrund von thermischer Dehnung zwischen dem Außenumfang des Bremsscheibentopfes und dem Innenumfang des Reibringes Spannungen. Somit tritt eine Schirmung des Reibringes auf, die zur erheblichen Verschlechterung der Bremseigenschaften führt und durch die anliegende Schulter des Reibringes an dem Bremsscheibentopf verstärkt wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Bremsscheibe, insbesondere eine innenbelüftete Bremsscheibe, zu schaffen, die eine einfache Montage sowie bei hohen mechanischen und thermischen Belastungen eine hohe Bremswirkung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bremsscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass der Reibring schwimmend zum Bremsscheibentopf gelagert ist. Mechanische und thermische Belastungen werden über die formschlüssig an dem Reibring angreifenden Ge windebolzen auf den Bremsscheibentopf übertragen. Durch die radiale Anordnung der Gewindebolzen wird eine ungehinderte Wärmeausdehnung des Reibringes zum Bremsscheibentopf ermöglicht. Durch die Ringspaltbildung wird sichergestellt, dass bei thermischen Dehnungen der Reibring nicht an dem Bremsscheibentopf anliegt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird die Gefahr der Schirmung des Reibringes verhindert.

Der Bremsscheibentopf weist bevorzugt einen zylindrischen Befestigungsabschnitt mit mehreren Durchgangsbohrungen zur Aufnahme der Gewindebolzen auf, die in die Durchgangsbohrungen von innen nach außen einsetzbar sind. Dadurch wird die Montage der Gewindebolzen erheblich erleichtert. Der Bremsscheibentopf ist von einer Innenseite oder einer Rotationsachse aus gut zugänglich. Darüber hinaus können Kühlkanäle in dem Reibring beliebige Formen aufweisen, da ein Zugriff auf die Gewindebolzen über die Kühlkanäle nicht erforderlich ist. Dadurch können beispielsweise sowohl verschieden zueinander versetzt angeordnete Stege als auch radial gekrümmt ausgebildete Stege oder schaufelradförmig gekrümmt ausgebildete Stege zwischen zwei Ringscheiben eines Reibringes angeordnet sein.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass die zylindrischen Abschnitte der Gewindebolzen mit Spiel behaftet in den Halteabschnitten des Reibringes geführt sind. Dadurch kann eine verzugsarme und schwimmende Lagerung des Reibringes zum Bremsscheibentopf gegeben sein, da der Reibring in Abhängigkeit der örtlichen Wärmeausdehnungen frei gegenüber den Haltebolzen in radialer Richtung zumindest geringfügig bewegbar ist.

Ein innenbelüfteter Reibring weist zwei Ringscheiben auf, die zur Bildung der Kühlkanäle dazwischenliegende Verbindungsstege aufweisen. Bevorzugt sind zwischen diesen beiden Ringscheiben an dessen Innenumfang angrenzend Halteabschnitte vorgesehen, die den zylindrischen Abschnitt der Gewindebolzen aufnehmen. Dadurch können die Halteabschnitte fertigungstechnisch in einfacher Weise in dem Reibring integriert sein. Die Gewindebolzen greifen zur Vermeidung der Schirmung in einer Mit telachse des Reibringes an. Thermische Dehnungen können gleichmäßig im Reibring erfolgen ohne zu einem Verzug zu führen. Zusätzlich ist eine gleichmäßige Krafteinleitung zwischen dem Reibring und dem Bremsscheibentopf ermöglicht.

Bevorzugt sind die Halteabschnitte als Sacklochbohrungen ausgebildet. Dadurch wird sichergestellt, dass die freie Beweglichkeit des zylindrischen Abschnittes des Gewindebolzens in dem Halteabschnitt erhalten bleibt und sich nicht aufgrund von Bremsstaub oder weiteren Verschmutzungen zusetzt und die schwimmende Lagerung beeinträchtigt wird.

Der Gewindebolzen zur Befestigung des Reibringes zum Bremsscheibentopf weist vorteilhafterweise einen Durchmesser des zylindrischen Abschnitt auf, der gleich groß oder kleiner als der Abstand zwischen den Ringscheiben ausgebildet ist. Dadurch können die Ringscheiben, insbesondere den innenliegenden Wandabschnitten, in Umfangsrichtung eine gleiche Wandstärke aufweisen, wodurch die Brems- beziehungsweise Verzugseigenschaft der Bremsscheibe verbessert sind.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gewindebolzen gleichmäßig zueinander beabstandet über den Umfang des Befestigungsabschnittes angeordnet sind. Dadurch wird eine homogene Kraftübertragung und gleichmäßige Belastung zwischen dem Reibring und dem Bremsscheibentopf sichergestellt.

Bevorzugt ist eine ungerade Anzahl von Durchgangsbohrungen für die Gewindebolzen beziehungsweise der Halteabschnitte vorgesehen, so dass Symmetrien zur Rotationsachse verhindert werden, die zu nachteiligen Wärmeausdehnungen während der mechanischen Beanspruchung führen können.

Zur sicheren Übertragung der mechanischen Belastungen vom Reibring auf den Bremsscheibentopf als auch zur Aufnahme von hohen Wärmebelastungen von beispielsweise bis zu 500° C oder 600° C sind die Gewin debolzen aus einem warmfesten, hochwarmfesten oder hitzebeständigem Stahl ausgebildet.

Der Gewindebolzen weist vorteilhafterweise einen Gewindeabschnitt auf, der als Feingewinde ausgebildet ist. Dadurch wird ermöglicht, dass bei kurzen Eingriffsabmessungen mit wenig Gewindesteigungen eine hohe Kraftübertragung ermöglicht ist. Diese kurzen Gewindeabschnitte werden sowohl zur Minimierung der bewegten Massen als auch zur Gewichtsreduzierung vorgesehen.

Bevorzugt werden die Gewindebolzen mit einer definierten Vorspannkraft mit einem definierten Auszugsverfahren befestigt. Als Anzugsverfahren kann ein winkelgesteuertes Verfahren, ein Streckgrenzverfahren oder ein drehmomentbegrenztes Verfahren verwendet werden. Durch die Begrenzung eines Anzugsmomentes für die Gewindebolzen kann eine sichere Fixierung des Bolzens ohne Überlastung der Gewindebolzen erzielt werden, um die Sicherheit der Verbindung zwischen dem Reibring und dem Bremsscheibentopf zu gewährleisten und ein selbständiges Lösen durch Erschütterungen und Belastungen zu verhindern.

Der zwischen dem Reibring und dem Bremsscheibentopf ausgebildete Ringspalt ist größer ausgebildet als eine maximale Änderung des Innendurchmessers des Reibringes und des Außendurchmessers des Bremsscheibentopfes bei thermischen Belastungen. Dadurch wird sichergestellt, dass der Reibring bei hohen thermischen Belastungen mit seinem Innenumfang nicht auf dem Außenumfang des Bremsscheibentopfes aufsitzt, wodurch sonst die schwimmende Lagerung verhindert wäre.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand den in den Zeichnungen dargestellten Beispielen näher beschrieben und erläutert.
1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe,
2 eine schematische Seitenansicht der Bremsscheibe gemäß 1,
3 eine vergrößerte Darstellung einer Seitenansicht eines Bremsscheibentopfes und
4 eine schematische Seitenansicht eines Gewindebolzens.
In 1 ist in einem schematischen Vollquerschnitt eine neuerungsgemäße Bremsscheibe 11 dargestellt. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht der Bremsscheibe 11 gemäß 1. Derartige Bremsscheiben werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt.
Die Bremsscheibe 11 umfasst einen Reibring 12, der mit einem Bremsscheibentopf 14 drehfest verbunden, jedoch radial und axial schwimmend gelagert ist. Über dem Bremsscheibentopf 14 wird die Bremsscheibe 11 an einer Radnabe befestigt. Der Bremsscheibentopf 14 weist einen zylindrischen Befestigungsabschnitt 16 auf, an dem mehrere Durchgangsbohrungen 17 vorteilhafterweise gleichmäßig über den Umfang verteilt zur Aufnahme von Gewindebolzen 19 vorgesehen sind. Derartige Gewindebolzen 19 weisen, wie in 4 näher dargestellt ist, einen endseitigen Gewindeabschnitt 21 und einen zylindrischen Abschnitt 22 auf. Zur Montage und Demontage der Gewindebolzen 19 sind am Gewindeabschnitt 21 Vertiefungen 23 eingebracht, um mit einem Werkzeug den Gewindebolzen 19 zu betätigen.
Ein Abschnitt eines Außenumfanges 25 des am Bremsscheibentopfes 14 angeordneten Befestigungsabschnitts 16 wird von einem Innenumfang 26 des Reibringes 12 überdeckt, wobei der Reibring 12 durch den in dem Befestigungsabschnitt 16 angeordneten Gewindebolzen 19 zum Bremsscheibentopf 14 gehalten ist. Der Reibring 12 weist zwei Ringscheiben 29 auf, die durch Stege 31 zueinander beabstandet sind. Dazwischenlie gend sind Kühlkanäle 32 für einen innenbelüfteten Reibring 12 ausgebildet.
Der in die Durchgangsbohrung 17 an dem Befestigungsabschnitt 16 von innen nach außen eingesetzte Gewindebolzen 19 wird über ein Gewinde in der Durchgangsbohrung 17 befestigt. Der zylindrische Abschnitt 22 des Gewindebolzens 19 tritt in Radialrichtung durch die Durchgangsbohrung 17 hindurch und greift in einen Halteabschnitt 34 des Reibringes 12 ein, der bevorzugt an dem Innenumfang 26 des Reibringes 12 angrenzend vorgesehen ist. Bei diesem Halteabschnitt 34 handelt es sich um eine Sacklochbohrung, die zwischen den Ringscheiben 29 ausgebildet ist. Der Gewindebolzen 19 greift bevorzugt in einer Symmetrieebene des Reibringes 12 in den Halteabschnitt 34 ein, wobei dieser einen Durchmesser aufweist, der bevorzugt gleich groß oder kleiner als der Abstand zwischen den Ringscheiben 29 beziehungsweise den die Kühlkanäle 32 bildenden Innenflächen der Ringscheiben 29 liegt.
Durch die Vielzahl der Gewindebolzen 19 wird der Reibring 12 mit einem gleich großen Ringspalt 36 zum Außenumfang 25 des Befestigungsabschnittes 16 am Bremsscheibentopf 14 gehalten. Durch die Anordnung der Gewindebolzen 19 mit Spiel zum Halteabschnitt 24 findet eine Selbstzentrierung statt. Durch den Gewindeabschnitt 22 sind die Gewindebolzen 19 definiert zum Bremsscheibentopf 14 gehalten, wobei bevorzugt ein zulässiges Anzugsdrehmoment aufgebracht wird. Dadurch wird ein selbständiges Lösen aufgrund von Vibrationen oder anderen mechanischen und/oder thermischen Belastungen verhindert.
Der in 2 dargestellte Reibring 12 weist pfeilerartige Stege 31 auf, die von außen nach innen bezüglich deren Flächenabmessung kleiner ausgebildet sind. Beispielsweise sind vier kreisförmig angeordnete Reihen von Stegen 31 vorgesehen, die jeweils zur benachbarten Reihe von Stegen 31 auf Lücke gesetzt angeordnet sind. Dadurch kann eine gleichmäßige und hohe Luftzirkulation zur Kühlung erzielt werden. Darüber hinaus sind sogenannte thermische Hot-Spots auf ein erhebliches Maß reduziert, die im Übergangsbereich zwischen Stegen 31 und Ringscheiben 29 entstehen können und zu ungleichmäßigen Wärmeausdeh nungen bei thermischen Belastungen führen. Die Querschnittsgeometrie der Stege 31 kann annähernd rechteckig mit gerundeten Ecken ausgebildet sein, wie dies in 2 dargestellt ist. Weitere Geometrien, wie beispielsweise quadratische, mehreckige Grundflächen als auch ovale, elliptische oder nierenförmige Querschnitte, können ebenfalls vorgesehen sein.
Der Reibring 12 ist aus Gussstahl oder Keramik ausgebildet. Der Bremsscheibentopf 14 ist aus Grauguss, einer Aluminiumlegierung oder aus tiefziehfähigem Stahl hergestellt.
In 3 ist schematisch vergrößert ein Bremsscheibentopf 14 in einer Seitenansicht dargestellt. Die an einer Stirnfläche angeordneten Bohrungen 39 dienen zum Anbringen von Befestigungsschrauben an einer Radnabe, um die Bremsscheibe 11 daran zu fixieren. Am Außenumfang 25 des Befestigungsabschnitts 16 sind höckerförmige Abschnitte 41 ausgebildet, die jeweils eine Durchgangsbohrung 17 umfassen. Die Stirnseiten der höckerförmigen Abschnitte 41 liegen in einem gemeinsamen Außendurchmesser und bilden den Außenumfang 25. Dieser Außendurchmesser ist kleiner als der Innendurchmesser, in dem der Innenumfang 26 des Reibringes 12 oder umgekehrt liegt, so dass der Ringspalt 36 gebildet ist und bei mechanischen und thermischen Belastungen der Bremsscheibe 11 sichergestellt ist, dass diese Flächen aufgrund von Wärmeausdehnungen nicht auf Block laufen beziehungsweise aneinander anliegen oder unter Spannung gegeneinander gepresst werden. Diese höckerförmigen Abschnitte 41 dienen des Weiteren dazu, um eine hinreichende Festigkeit für die in die Durchgangsbohrung 17 eingebrachten Feingewinde zur Aufnahme der Gewindeabschnitte 21 der Gewindebolzen 19 zu ermöglichen. Zur Gewichtsreduzierung des Bremsscheibentopfes 14 sind zwischen den höckerförmigen Abschnitten 41 Vertiefungen vorgesehen, die durch runde Übergänge ausgebildet sind.
Die Durchgangsbohrungen 17 am Bremsscheibentopf 14 sind gleichmäßig über den Umfang, jedoch bevorzugt unsymmetrisch zueinander vorgesehen. Dadurch können bei thermischen Belastungen gleichmäßige Wärmedehnungen erzielt werden. Zusätzlich kann dadurch die selbst zentrierende Aufnahme des Reibringes 12 über die Gewindebolzen 19 zum Bremsscheibenkopf 14 unterstützt werden.
Diese neuerungsgemäße Bremsscheibe 11 weist den Vorteil auf, dass ohne zusätzlich erforderlichen Bauraum eine zweiteilige Bremsscheibe 11 mit einem schwimmend gelagerten Reibring 12 geschaffen ist. Dieser ermöglicht zusätzlich einen leichten Austausch des Reibringes 12 sowie die Montage von unterschiedlichen Durchmessern oder Stärken der Reibringe 12 auf dem selben Bremsscheibentopf 14.

Claims

Bremsscheibe, insbesondere innenbelüftete Bremsscheibe, mit mindestens einem Reibring (12), der über Befestigungselemente mit einem Bremsscheibentopf (14) verbunden ist, die den Reibring (12) unter Bildung eines Ringspaltes (36) zum Bremsscheibentopf (14) aufnehmen, wobei zwischen einem Außenumfang (25) eines Befestigungsabschnitts (16) des Bremsscheibentopfes (14) und einem Innenumfang (26) des Reibringes (12) ein Ringspalt (36) ausgebildet ist, der größer als eine maximale Änderung des Innenumfanges (26) des Reibringes (12) und des Außenumfanges (25) des Befestigungsabschnittes (16) ist, die zumindest durch thermische oder mechanische Belastungen gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente als Gewindebolzen (19) ausgebildet sind, die einen zylindrischen Abschnitt (22) und einen Ge windeabschnitt (21) aufweisen, dass die Gewindebolzen (19) in Durchgangsbohrungen (17) des Bremsscheibentopfes (14) von innen nach außen einsetzbar und in den Bremsscheibentopf (14) derart einschraubbar sind, dass die zylindrischen Abschnitte (22) der Gewindebolzen (19) in Radialkraftrichtung über einen Außenumfang (25) des Bremsscheibentopfes (14) sich nach außen ragend erstrecken und in den Halteabschnitten (34) des Reibringes (12) mit Spiel behaftet geführt sind und dass die Gewindeabschnitte (21) der Gewindebolzen (19) in den Durchgangsbohrungen (17) des Bremsscheibentopfes (14) befestigt sind.
Bremsscheibe nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (12) zwei Ringscheiben (29) aufweist, die zur Bildung einer innenbelüfteten Bremsscheibe (11) mit Verbindungsstegen (31) zueinander beabstandet sind und zwischen den Ringscheiben (29) an dessen Innenumfang (26) angrenzend die Halteabschnitte (34) vorgesehen sind.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteabschnitte (34) als Sacklochbohrung ausgebildet sind.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser des zylindrischen Abschnitts (22) der Gewindebolzen (11) gleich groß oder kleiner als der Abstand zwischen zwei Ringscheiben (29) des Reibringes (12), insbesondere der einander zugeordneten Innenwände, ausgebildet ist.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebolzen (19) gleichmäßig über den Umfang zueinander beabstandet am Befestigungsabschnitt (16) angeordnet sind.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine ungerade Anzahl von Durchgangsbohrungen (17) zur Aufnahme der Gewindebolzen (19) vorgesehen ist.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindebolzen (19) aus einem warmfesten, hochwarmfesten oder hitzebeständigen Stahl besteht.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeabschnitt (21) des Gewindebolzens (19) als Feingewinde ausgebildet ist.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebolzen (19) mit einer definierten Vorspannkraft am Bremsscheibentopf (14) befestigt sind.