DE102008021625A1

DE102008021625A1 - Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe und Bremsscheibe

Info

Publication number: DE102008021625A1
Application number: DE200810021625
Authority: DE
Inventors: Ralph Dr.-Ing. Mayer
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2008-11-20
Also published as: WO2009132731A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe (2) durch Zusammenfügen eines Bremsscheibentopfes (4) und eines Reibringes (6) in einem Umformprozess. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass durch den Umformprozess von der Seite des Bremsscheibentopfes (4) Material in radial nach außen angeordnete Vertiefungen (8) des Reibringes (6) eingeformt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Bremsscheibe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Moderne Hochleistungsbremsscheiben sind im Einsatz bei Pkw und Lkw sehr hohen mechanischen, tribologischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Zudem wird aufgrund der ungefederten Masse stets eine Minimierung des Bremsscheibengewichtes angestrebt.
Hierzu wird ein Bremsscheibentopf und ein Reibring häufig aus unterschiedlichen Materialien getrennt dargestellt und anschließend zur Bremsscheibe zusammengefügt.
Die Fügetechnik zwischen Topf und Reibring ist in der Regel aufwendig, da zwischen Bremsscheibentopf und Reibring hohe Momente und Scherkräfte übertragen werden. In der EP 1 476 670 B1 ist vorgesehen, einen Bremsscheibentopf durch ein Innenhochdruckverfahren an einen Reibring zu formen, wobei der Reibring nach innen gerichtete Pyramidenstümpfe aufweist, um die der Bremsscheibentopf herumgeformt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde einen Verbindung zwischen einen Bremsscheibentopf und einem Reibring zu gestalten, die eine gegenüber dem Stand der Technik, höher mechanische Belastbarkeit aufweist und dabei kostengünstig herstellbar ist.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie in einer Bremsscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 5.
Das Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe nach Anspruch 1 besteht darin, dass ein Bremsscheibentopf und ein Reibring durch einen Umformprozess zusammengefügt werden. Dabei wird durch den Umformprozess von Seite des Bremsscheibentopfes Material radial nach außen gepresst und in ebenfalls radial nach außen verlaufende Vertiefungen im Reibring eingeformt.
Das eingeformte Material kann Material vom Bremsscheibentopf selbst sein oder durch zusätzliche Verbindungselemente wie etwa Nieten eingebracht werden, die durch Öffnungen im Bremsscheibentopf geformt werden.
Durch dieses Verfahren kann prozesstechnisch kostengünstig, da ein Umformprozess bei Raumtemperatur möglich ist, und mechanisch zuverlässig eine Verbindung zwischen Bremsscheibentopf und Reibring dargestellt werden.
Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist eine Bremsscheibe mit den Merkmalen des Anspruch 5.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
An Hand der folgenden Spezialbeschreibung werden bestimmte Merkmale der Erfindung am Beispiel ausgewählter Figuren näher erläutert. Merkmale mit derselben Bezeichnung und unterschiedlicher Ausgestaltung werden dabei mit dem selben Bezugszeichen versehen.
Dabei zeigen:
1 einen Bremsscheibentopf,
2 eine zusammengesetzte Bremsscheibe,
3 einen Reibring,
4 eine weitere zusammengesetzte Bremsscheibe und
5 einen Ausschnitt der Bremsscheibe aus 4.
In 1 ist ein Bremsscheibentopf 4 dargestellt, der beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung geformt ist und in einem Druckgussverfahren hergestellt ist. Im Gegensatz dazu besteht ein Reibring 6 in 3 aus einer Gusseisenlegierung und ist durch ein Eisengießverfahren dargestellt.
In 2 ist ein Querschnitt durch eine Bremsscheibe dargestellt, wobei der Bremsscheibentopf 4 mit dem Reibring zusammengefügt ist. Das Fügen erfolgt durch einen Innenhochdruckumformprozess, wobei der Reibring 6 und der Bremsscheibentopf 4 so in ein Werkzeug eingelegt werden, dass die gegenseitige Position im Wesentlichen der Bremsscheibe entspricht. Durch besonders hohen Druck, der beispielsweise hydrostatisch aufgebracht wird, werden Zapfen 22 die bereits im Bremsscheibentopf vorhanden sind, radial nach außen gepresst, so dass sie in Vertiefungen 8, in Form von Sacklöcher 18 im Reibring 6 hineingeformt werden. Die ursprünglich kurzen Zapfen 22 werden somit durch den hohen Druck längs verformt, was in der Regel mit einer Verjüngung der Wandstärke einhergeht.
Die Zapfen 22 sitzen nach dem Umformen formschlüssig in den Vertiefungen 8 und sichern den Bremsscheibentopf 4 gegenüber dem Reibring 6 in axialer Richtung 24 und in tangentialer Richtung 28.
Die Vertiefungen 8 können auch in Form von axial angelegten Nuten 20 ausgestaltet sein, wie es in 4 dargestellt ist. In diesem Fall ist eine zusätzliche axiale Sicherung beispielsweise in Form eines Sicherungsringes zweckmäßig.
In 5 ist eine weitere Ausgestaltungsform einer Bremsscheibe 2 dargestellt. Diese Bremsscheibe 2 ist mit einer Innenbelüftung ausgestaltet, was sich durch zwei, durch Stege 28 getrennte Reibscheiben 30 äußert, die zusammen den Reibring 6 bilden. Analog zu den 1–3 ist auch hier ein Bremsscheibentopf 4 mit dem Reibring 6 durch einen Umformprozess verbunden.
Die Bremsscheibe 4 aus 5 unterscheidet sich von dem vorangegangenen Beispiel darin, dass nicht das Material des Bremsscheibentopfes 4, nämlich die Zapfen 22 in Vertiefungen 8 gepresst werden. In diesem Beispiel wird ein zusätzliches Material in Form von Verbindungselementen 10 eingesetzt, die in diesem Ausführungsbeispiel wiederum in Form von Nieten 32 ausgestaltet sind. Die Nieten 32 werden durch Öffnungen 12 im Bremsscheibentopf 4 in die in radialer Richtung 26 verlaufenden Vertiefungen 10 des Reibrings gepresst. Auch in diesem Beispiel wird für das Einpressen der Nieten ein Innenhochdruckumformprozess angewandt. Grundsätzlich kann für beide Ausführungsbeispiele auch ein Ziehstempel angewendet werden, der die Zapfen 22 bzw. die Nieten 32 in die dafür vorgesehenen Vertiefungen 8 presst.
Die Vertiefungen 10 im Reibring 6 nach 5 weisen Hinterschneidungen 34 auf, die in der vergrößerten Schnittdarstellung nach 6 erkennbar sind. Durch den Umformdruck werden die Nieten (die als Vollnieten oder Hohlnieten ausgestaltet sein können) in der Vertiefung 10 aufgeweitet und in die Hinterschneidungen 34 gepresst, was die Festigkeit der Verbindung noch weiter erhöht.
Die Vertiefungen 10 sind in axialer Richtung 24 bevorzugt mittig angeordnet, wodurch eine Schirmung der Bremsscheibe minimiert wird. Unter Schirmung versteht man eine schirmförmige Wölbung des Reibrings 4, die durch eine unterschiedliche Wärmeausdehnung des Bremsscheibentopfes und des Reibrings 6 hervorgerufen wird. Unter mittiger Anordnung soll hierbei ein Versatz von 10% von der axialen Mitte in beide axiale Richtungen verstanden werden.
Weiterhin ist es zweckmäßig, zur Wärmeisolation zwischen Reibring 6 und Bremsscheibentopf 4 eine Isolationsschicht, beispielsweise in Form einer Eisenfolie einzufügen. Zudem kann in den Vertiefungen und/oder an den Kontaktflächen Zinkstaub eingefügt werden, der zur Vermeidung von Kontaktkorrosion führt.
Es ist noch darauf hinzuweisen, dass bei der Umformung der Nieten oder des Materials des Bremsscheibentopfs in die Vertiefungen des Reibrings dessen Oberflächenrauhigkeit, die auf den Gießprozess zurückzuführen ist, vorteilhaft ist. Es entsteht so ein Mikroformschluss zwischen Topfmaterial bzw. Nietmaterial und Reibringoberfläche. Dieser Mikroformschluss unterbindet Relativbewegungen, die ansonsten bei feinbearbeiteten formschlüssigen Welle-Nabenverbindungen auf Grund von wechselnder Momentenbelastung und Temperaturschwankungen auftreten. Es tritt somit bei den beschriebenen Verbindung kein so genannter „Mikroschlupf" auf, der häufig zum Versagen von Welle-Naben-Verbindungen führt.

2: Bremsscheibe
4: Bremsscheibentopf
6: Reibring
8: Vertiefungen
10: Verbindungselemente
12: Öffnungen im Bremsscheibentopf
14: Hinterschneidungen
16: Berührungsstellen Reibring Topf
18: Sackloch
20: Nuten
22: Zapfen
24: axialer Richtung
26: radialer Richtung
28: Stege
30: Reibscheibe
32: Niete
34: Hinterschneidung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1476670 B1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe (2) durch Zusammenfügen eines Bremsscheibentopfes (4) und eines Reibrings (6) in einem Umformprozess dadurch gekennzeichnet, dass durch den Umformprozess von Seite des Bremsscheibentopfes (4) Material in radial nach außen angeordnete Vertiefungen (8) des Reibringes (6) eingeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Material in Form von zusätzlichen Verbindungselementen (10) durch Öffnungen (12) im Bremsscheibentopf (4) in die Vertiefungen (8) des Reibrings (6) eingeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (8) im Reibring (6) Hinterschneidungen (14) aufweisen und das Material seitens des Reibrings (6) derart in die Hinterschneidungen (14) eingeformt wird, dass diese zumindest teilweise ausgefüllt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einformen des Materials in die Vertiefungen (8) des Reibrings (6) durch Innenhochdruckumformen erfolgt.
Bremsscheibe umfassend einen Bremsscheibetopf (4) und einen Reibring (6), wobei der Bremsscheibentopf (4) an den Reibring (6) angefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass Material von der Seite des Bremsscheibentopfes (4) in radial nach außen angeordnete Vertiefungen (8) des Reibrings (6) hineinragt.
Bremsscheibe nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass vom Bremsscheibentopf (4) zusätzliche Verbindungselemente (10) in die Vertiefungen (8) des Reibrings (6) hineinragen.
Bremsscheibe nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass in den Vertiefungen des Reibrings Hinterschneidungen vorgesehen sind, die durch das Material, das von der Seite des Bremsscheibentopfes in Vertiefungen des Reibrings hineinragt, zumindest teilweise ausgefüllt werden.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (8) im Reibring (6) axial mittig im Reibring (6) angeordnet sind.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an Berührungsstellen (16) zwischen Reibring (6) und Bremsscheibentopf (4) flächig ein Isolierungsmaterial angeordnet ist.