DE102005037676A1

DE102005037676A1 - Verbundbremsscheibe mit mikroformschlüssiger Pressverbindung insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102005037676A1
Application number: DE200510037676
Authority: DE
Inventors: Ralph Mayer; Herbert Gropp
Original assignee: Mayer Ralph Dipl-Ing
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-08-06
Filing date: 2005-08-06
Publication date: 2007-03-22

Abstract

Die Verbundbremsscheibe besteht aus zwei Teilen (Reibring 1 und Bremsscheibentopf 2) oder mehr Teilen (zusätzlicher Zwischenring 3, evtl. auch geschlitzt 5) gleicher oder unterschiedlicher Werkstoffe, die mittels Längs- oder Querpressverbindungen gefügt werden, wobei eine, mehrere oder alle Fügeflächen vollständig oder teilweise mit harten Partikeln 4 versehen sind, die in einer Matrix aus Nickel, Klebstoff oder anderem Material eingebettet sind und somit eine spezielle Fügeflächenbeschichtung darstellen oder anderweitig in der jeweiligen Pressfuge oder Fügefläche gehalten werden und zusätzlich zum Kraftschluss der Pressverbindungen einen Mikroformschluss erzeugen und als Übertragungselement dienen, wodurch die Übertragungsfähigkeit für Kräfte und Momente gegenüber konventionellen Pressverbindungen erheblich gesteigert wird, so wie örtliche Mikroverschiebungen in den Pressflächen verhindert oder erheblich vermindert werden und somit eventuelle negative tribologische Erscheinungen, z. B. Passungsrostbildung, vollständig oder weitgehend verhindert werden.

Description

Einige Fahrzeughersteller verwenden in Oberklassemodellen oder Sportfahrzeugen mehrteilige Bremsscheiben, die aus einem Reibring, einem Bremsscheibentopf und zugehörigen Verbindungselementen aufgebaut sind. Wesentlicher Vorteil ist die Reduzierung der ungefederten und rotierenden Massen am Radträger. Dabei besteht der Reibring aus einem Werkstoff wie bei einer einteiligen Standardbremsscheibe (z.B. GG-15). Für den thermisch nicht so hoch beanspruchten Bremsscheibentopf wird ein leichterer Werkstoff (Werkstoffleichtbau) oder ein Werkstoff gewählt, der in der Konstruktion beanspruchungsgerecht dimensioniert wird (Strukturleichtbau). Die Verbindung von Topf und Reibring erfolgt durch Formschluss mittels mehrerer Elemente. Bekannt sind Ausführungen von Verbundbremsscheiben, die mittels Klammern und Schrauben, eingegossenen Stahlstiften oder Nieten (Vgl. DE 102 53 451 A1 ) gefügt sind. Diese Bremsscheiben sind zwar in ihrer Masse reduziert; ihnen stehen Nachteile durch die größere Teilezahl und aufwendigere Fügeverfahren gegenüber, die letztendlich höhere Produktionskosten bedingen. Andere Lösungen sind Verzahnungen oder Keilwellenprofile zur Momentübertragung, die aber ebenfalls Mehraufwand in der Herstellung bewirken.

Problem

Leistungsstärkere und schwere Kraftfahrzeuge benötigen eine größer dimensionierte Bremsanlage. Damit wird in der Regel der Durchmesser einer Bremsscheibe größer und die Wandstärken des Bremsscheibentopfes werden aus gusstechnischen Gründen stärker dimensioniert. Neben der damit hinreichend bekannten Problematik der Zunahme der ungefederten und rotatorischen Massen am Radträger sind solche Bremsscheiben anfälliger in Bezug auf geometrische Abweichungen wie Dickenschwankungen, Axialversatz und Schirmung unter thermischer Beanspruchung. Ferner stellen sich erhöhte, teilweise nur mit großem Aufwand realisierbare Anforderungen an den Gießprozess. Vorteile bieten hier so genannte Verbundbremsscheiben, bei denen eine Funktionstrennung zwischen Reibring und Flansch zur Anbindung an die Radnabe erfolgt.
Lösung
Ziel dieser Erfindung ist es, eine im Gewicht reduzierte Bremsscheibe als Verbundbremsscheibe mit erhöhter Drehmomentübertragungsfähigkeit auszuführen, bei der auf zusätzliche Verbindungselemente wie Schrauben, Nieten oder Stahlstifte zwischen Reibring und Bremsscheibeninnenteil wie bei bestehenden Konstruktionen verzichtet werden kann. Das wird dadurch erreicht, dass Bremsscheibentopf und Reibring über eine Preßverbindung mit eingelagerten harten Partikeln, die auch auf einen zusätzlichen Zwischenring aufgebracht sein können, ohne zusätzliche Sicherungselemente verbunden werden.
Erreichte Vorteile
Neben der Gewichtsoptimierung bei Werkstoff- und/oder Strukturleichtbau ergeben sich weitere Vorteile in der vorgenannten Konstruktion durch eine einwandfreie Zentrierung gegenüber anderen Verbundbremsscheiben. Eine hohe Rundlaufgenauigkeit wird ermöglicht. Die mehrteilige Ausführung ermöglicht bessere Gestaltungsmöglichkeit hinsichtlich geometrischer Abweichungen im Hochtemperaturbereich (Schirmung und gleichmäßige Gefügeausprägung zur Vermeidung und/oder Verminderung lokaler Hitzeflecken). Ferner sind Pressverbindungen als schwingungsdämpfend bekannt, was den Komfortanspruch einer Bremsanlage sowohl im tieffrequenten Bereich (Bremsenrubbeln) als auch im akustischen Spektrum verbessern kann.
Die mitunter zeit- und kostenintensive Nachbearbeitung wie bei einer konventionellen Bremsscheibe kann durch einfachere Handhabung der Einzelteile ausgeglichen werden. Durch den Verzicht auf zusätzliche Verbindungselemente ergeben sich zudem Vorteile beim Recycling.
Weitere Ausgestaltung der Erfindung
Ziel der mehrteiligen Bremsscheibe ist es, auf zusätzliche Verbindungselemente zu verzichten, da sich so ein konsequenter Leichtbau realisieren lässt. Die Kombination von Reibring (1), der aus konventionellem Gusswerkstoff wie z.B. GG-15 hergestellt sein kann, und dem Bremsscheibentopf (2) (z.B. ein Aluminium-Werkstoff) erfolgt durch einen zylindrischen Pressverband als Längs- oder Querpressverbindung. Zur Erhöhung der Drehmomentübertragungsfähigkeit wird in der Pressfuge ein Zusatzwerkstoff aufgebracht, der aus Hartstoffpartikeln (z.B. Diamant) besteht. Konstruktionsbedingt entsteht somit eine Kombination aus form- und kraftschlüssiger Verbindung. Die Hartstoffbeschichtung kann entweder auf der Fügeseite des Reibrings oder Fügefläche des Bremsscheibentopfes erfolgen. Alternativ wird ein hartstoffbeschichteter (4) Zwischenring (3) vorgeschlagen, der zwischen den beiden Fügepartnern liegt. Der Zwischenring kann zur Vermeidung eines doppelten Pressverbandes unterbrochen sein. Vorzugsweise ist er als unter einem Winkel von 45° (5) geschlitzter Ring ausgeführt. Diese Konstruktion bewirkt Vorteile in der Herstellung, da ein in der Form und Gestaltung einfacheres und leichteres Bauteil als Bremsscheibentopf oder Reibring beschichtet werden muss.

Claims

Verbundbremsscheibe, die aus zwei Teilen (Bremsscheibentopf und Reibring) oder mehr Teilen (zusätzlicher Zwischenring) gleicher oder unterschiedlicher Werkstoffe besteht, die mittels Längs- oder Querpressverbindungen gefügt werden, wobei eine, mehrere oder alle Fügeflächen vollständig oder teilweise mit harten Partikeln versehen sind, die in einer Matrix aus Nickel, Klebstoff oder anderem Material eingebettet sind und somit eine spezielle Fügeflächenbeschichtung darstellen oder anderweitig in der jeweiligen Pressfuge oder Fügefläche gehalten werden und zusätzlich zum Kraftschluss der Pressverbindungen einen Mikroformschluss erzeugen und als Übertragungselement dienen, wodurch die Übertragungsfähigkeit für Kräfte und Momente gegenüber konventionellen Pressverbindungen erheblich gesteigert wird, so wie örtliche Mikroverschiebungen in den Pressflächen verhindert oder erheblich vermindert werden und somit eventuelle negative tribologische Erscheinungen, z.B. Passungsrostbildung, vollständig oder weitgehend verhindert werden.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beanspruchung der Fügepartner oder Fügeflächen insgesamt oder auch nur lokal elastisch oder elastisch-plastisch erfolgen kann.
Verbundbremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nicht nur die Fügeflächen des Zwischenringes (3) beschichtet werden, sondern der gesamte Zwischenring vollständig oder teilweise beschichtet wird.
Bremsscheibe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenring (3) nicht geschlossen, sondern in einem Winkel zwischen 0° und 90° geschlitzt ist (5) und auch in eine Nut des Teiles (2) oder (1) eingelegt und dadurch axial definiert fixiert werden kann.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenring (3) auch aus mehreren einzelnen oder miteinander verbundenen Segmenten bestehen kann.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenring (3) durch konstruktive Gestaltung, z.B. entsprechende Profilierung und/oder Werkstoffauswahl, eine Beeinflussung des Wärmeüberganges zwischen Bremsscheibentopf und Bremsscheibenring so wie eine Beeinflussung des Ausdehnungsverhaltens ermöglicht.
Bremsscheibe nach Patentanspruch 1, wobei der Zwischenring aus einem anderem als (1) und (2) oder demselben Werkstoff besteht, dessen Beanspruchung elastisch oder elastisch-plastisch so wie im oberflächennahen Bereich der Fügeflächen plastisch sein kann.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenring oder die Fügeflächen der Pressverbindung so profiliert sein können, dass durch entsprechend elastische oder plastische Eindrückung dieser Profilierung in die Fügefläche des angrenzenden Fügepartners ein zusätzlicher Formschluss in Umfangsrichtung und/oder axialer Richtung entsteht, z.B. durch Anwendung von Pressverbindung mit unterbrochener Pressfuge (z.B. Nuten niedriger Tiefe mit Rechteckquerschnitt).
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeflächen, in die die harten Partikel zur Erzeugung des Mikroformschlusses eindringen sollen, mit geeigneten einbettungsfähigen Schichten versehen werden.
Bremsscheibe nach Anspruch 1 zur Realisierung bzw. Erhöhung der Prozesssicherheit beim Fügen als Querpressverbindung durch das vorübergehende Anbringen (während des Fügeprozesses) von speziellen Zusatzteilen so ausgeführt, dass eine gezielte Steuerung bzw. Beeinflussung des Temperaturangleichungsvorganges so wie eine Vergrößerung des Wärmeinhaltes der Fügeteile und damit eine Beeinflussung der Fügezeit möglich sind, wobei diese Möglichkeit nicht nur bei Pressverbindungen mit harten Partikeln in der Pressfuge bzw. auf den Fügeflächen, sondern auch bei konventionellen, unbeschichteten, beschichteten oder mit Schmierstoffen zu fügenden Pressverbindungen anwendbar ist, die nichts mit der Bremsscheibenproblematik zu tun haben müssen.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine 100%ige, zerstörungsfreie Prüfung der Übertragungsfähigkeit der Pressverbindung durch Aufbringung einer Prüfkraft oder eines Prüfmomentes ermöglicht wird.