DE102008024754A1 - Bremsscheibe - Google Patents

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Oliver Dipl.-Ing. Lembach
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für einen Kraftwagen mit einem Reibring und einem Scheibentopf, wobei an einem Innenumfang des Reibrings ein Vorsprung ausgebildet ist, wobei an dem Vorsprung zumindest bereichsweise Mittel zur Vergrößerung der Oberfläche angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für einen Kraftwagen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Bremsscheiben sind mit einem Rad koaxial montierte Bestandteile eines Bremssystems für Kraftfahrzeuge, welche einen Reibring und einen Bremsscheibentopf aufweisen. Der Bremsscheibentopf dient dabei der Befestigung der Bremsscheibe an einer Radnarbe, während der Reibring während des Bremsvorganges in tribologischen Kontakt mit den Bremsbacken des Bremssystems gebracht wird. Hierdurch wird die kinetische Energie des Kraftfahrzeuges in Form von Reibungswärme dissipiert, das Fahrzeug wird abgebremst.
  • Solche Bremsscheiben können ein- oder mehrteilig gefertigt werden, wobei die höchsten Materialansprüche an das Material des Reibringes gerichtet sind. Reibringe werden daher in der Regel als Gussbauteile ausgeführt. Zur Abfuhr der beim Bremsvorgang entstehenden Wärme aus dem Reibring sind solche Reibringe häufig in Form innenbelüfteter Reibringe gestaltet, das heißt sie sind mit Kanälen oder Bohrungen versehen, welche mit Luft durchströmt sind, um so die Wärmeabfuhr aus dem Reibring zu verbessern. Trotz dieser Maßnahmen stellt die thermische Ausdehnung des Reibringes beim Bremsvorgang noch immer ein Problem dar. Insbesondere eine axiale Ausdehnung des Reibringes, die so genannte Schirmung, kann in der Folge zu unerwünschten Verschleißerscheinungen an Bremsscheibe oder auch an den Bremsbelägen wie z. B. Belagschrägverschleiss führen. Weiterhin kann eine solche Schirmung zu ungleichmäßigen Belastungen der Bremsscheibe infolge Welligkeit führen, welche sich in Form störender tief- und höherfrequenter Vibrationen bemerkbar machen.
  • Um eine ungleichmäßige Wärmeausdehnung eines Reibringes zu kompensieren, offenbart die DE 196 17 154 A1 eine Verbindung zur Anbindung eines Reibringes einer Bremsscheibe an eine Nabe, wobei durch ein tragendes Teil zwischen Reibringflansch und Nabe Gleitflächen ausgebildet sind, welche eine Zentrierung des Reibringes auch bei ungleichmäßiger Ausdehnung ermöglichen. Solche Verbindungen sind mechanisch komplex und erhöhen in der Regel das Gewicht der Bremsscheibe, und damit das Gewicht der ungefederten Massen am Fahrzeug, was wiederum zu Vibrationen und einer Reduktion des Fahrkomforts führen kann.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Bremsschreibe bereit zu stellen, bei welcher durch eine verbesserte Wärmeabfuhr aus dem Reibring eine Schirmung der Bremsscheibe reduziert wird, und welche gleichzeitig gewichtsoptimiert ausgelegt ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Bremsscheibe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Eine solche Bremsscheibe umfasst einen Reibring und einen Scheibentopf, wobei an einem Innenumfang des Reibringes ein Vorsprung ausgebildet ist. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung sind an dem Vorsprung zumindest bereichsweise Mittel zur Vergrößerung der Oberfläche angeordnet. Solche am Innenumfang des Reibringes angeordnete Vorsprünge sind auch als Kaltenring bekannt. Sie dienen der Wärmeabfuhr durch Konvektion und Wärmestrahlung, da sie eine zusätzliche, von Luft umströmbare Fläche zur Verfügung stellen. Durch das Anbringen von oberflächenvergrößernden Mitteln wird diese Wärmeabfuhr durch den Vorsprung weiter verbessert. Die verbesserte Wärmeabfuhr reduziert dabei die Schirmungstendenz des Reibringes, was weiterhin Verschleiß und Störgeräusche reduziert. Durch die Verbesserung der Wärmeabfuhr bei einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe ist weiterhin eine Reduktion des Scheibengewichtes möglich, da in diesem Fall der Reibring leichter ausgeführt werden kann. Reibringe sind in der Regel als schwere Gussbauteile realisiert, um eine genügende Wärmekapazität zur Verfügung zu stellen, welche eine Aufnahme der beim Bremsvorgang anfallenden Wärme ermöglicht. Durch die verbesserte Wärmeabfuhr in einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe wird somit die zur Verfügung zu stellende Wärmekapazität des Reibringes vermindert und eine leichtere Ausführung ermöglicht.
  • Die Mittel zur Vergrößerung der Oberfläche des Vorsprunges können dabei in Form von Noppen oder Stegen ausgebildet sein. Neben dem grundlegenden Effekt der Oberflächenvergrößerung führen solche Noppen oder Stege zusätzlich zu einer Verwirbelung der umströmenden Luft im Grenzbereich des Vorsprunges. Damit wird die Ausbildung von nur schwach durchströmten, die Wärmeabfuhr behinderten Grenzschichten vermieden, und nicht nur die direkte Wärmeabstrahlung, sondern auch der Wärmeabtransport durch Konvektion verbessert.
  • In einer alternativen Ausführungsform können die Mittel zur Vergrößerung der Oberfläche weiterhin in Form einer umlaufenden Ringnut, oder in Form von Bohrungen ausgebildet sein. Die Ausführung der oberflächenvergrößernden Mittel in Form der genannten Vertiefungen führt dabei vorteilhaft zu einer weiteren Gewichtsreduktion der Bremsscheibe. Selbstverständlich ist eine Kombination von Noppen, Stegen, Nuten oder Bohrungen ebenso denkbar.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der am Innenumfang des Reibringes ausgebildete Vorsprung, welcher die erfindungsgemäßen oberflächenvergrößernden Mittel trägt, aus einem anderen Werkstoff als der Reibring selbst gefertigt. Dies ermöglicht eine Optimierung der beiden Bereiche des Reibringes in Bezug auf die zu verwendende Materialqualität. Während der eigentliche Reibring neben den thermischen Beanspruchungen auch hohen mechanischen Beanspruchungen durch den tribologischen Kontakt mit den Bremsbacken unterliegt, ist der am Innenumfang ausgebildete Vorsprung lediglich thermisch belastet und steht in keinem reibschlüssigen Kontakt mit anderen Bauteilen. Eine solche zweiteilige Ausführung ermöglicht es also, den Vorsprung aus einem Material zu fertigen, welches bevorzugt nach seiner Wärmeableitfähigkeit ausgewählt ist, während der eigentliche Reibring aus einem Werkstoff gefertigt wird, welcher im Hinblick auf mechanische und thermische Belastung optimiert ist. Eine solche Ausführung kann weiterhin zu zusätzlichen Gewichtseinsparungen führen.
  • Im Folgenden soll anhand der Zeichnung die Erfindung und ihre Ausführungsformen näher erläutert werden, wobei
  • 1 eine dem Stand der Technik entsprechende Bremsscheibe,
  • 2 eine erfindungsgemäße Bremsscheibe mit Oberflächenvergrößerung durch eine umlaufende Ringnut und
  • 3 eine erfindungsgemäße Bremsscheibe mit Oberflächenvergrößerung durch Noppen jeweils im schematischen Querschnitt zeigt.
  • Die in 1 gezeigte, im Ganzen mit 10 bezeichnete Bremsscheibe für ein Kraftfahrzeug entspricht dem üblichen Stand der Technik. Sie umfasst einen Reibring 12 sowie einen Scheibentopf 14. Die gesamte Anordnung ist dabei rotationssymetrisch zu einer Mittelachse 16. Am Bremsscheibentopf 14 ist eine Öffnung 18 zur Aufnahme einer Welle, sowie Befestigungsöffnungen 20 zur Festlegung des Scheibentopfes 14 an einer Radnabe vorgesehen.
  • Der Reibring 12 umfasst zwei Reibflächen 22 und 24, welche beim Bremsvorgang in Kontakt mit den Bremsbacken gebracht werden. Um die entstehende Wärme abzuleiten, weist der Reibring 12 Luftkanäle 26 in seinem zentralen Bereich auf, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht alle mit Bezugszeichen versehen sind. Zusätzliche Belüftungsbohrungen 28 bringen die Luftkanäle 26 in durchgängigen Kontakt mit den Reibflächen 22, 24 und verbessern die Durchströmung des Reibringes. Es handelt sich im gezeigten Fall also um eine innenbelüftete Bremsscheibe. Am Innenumfang des Reibringes ist ein in Richtung der Mittelachse sich erstreckender Vorsprung 30 angeordnet. Eine Teilfläche 32 des Vorsprungs 30 fluchtet mit der Reibfläche 24, tritt beim Bremsvorgang jedoch nicht in tribologischen Kontakt mit den Bremsbacken. Der Vorsprung 30, auch als Kaltenring bezeichnet, dient der Oberflächenvergrößerung des Reibringes und soll die Wärmeableitung durch Abstrahlung oder Konvektion verbessern.
  • 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer solchen Bremsscheibe, in welcher die Oberfläche des Vorsprunges 30 durch Noppen 34 weiter vergrößert wird. Der Übersichtlichkeit halber sind hier nicht alle Noppen mit Bezugszeichen versehen. Im gezeigten Beispiel sind die Noppen 34 auf einer mit der Reibfläche 24 fluchtenden Oberfläche 32 des Vorsprunges 30 angeordnet. Es ist ebenso möglich, solche Noppen 34 auf einer Stirnfläche 36 des Vorsprungs 30 anzuordnen. Durch die Noppen 34 wird die Oberfläche des Vorsprunges 30 und damit des Reibringes 12 vergrößert, was eine verbesserte Wärmeableitung ermöglicht. Gleichzeitig sorgen die Noppen 34 bei der Rotation der Bremsscheibe 10 für zusätzliche Verwirbelung der vorbeiströmenden Luft im Bereich des Vorsprunges 30, was die Ausbildung von unbewegten Grenzschichten, welche den Wärmeabtransport durch Konvektion behindern könnten, verhindert. Durch den besseren Wärmeabtransport über den Vorsprung 30 wird eine leichtere Auslegung des Reibringes 12 ermöglicht. Neben der in 2 gezeigten Oberflächenvergrößerung durch hervortretende Elemente wie die Noppen 34 ist alternativ eine Oberflächenvergrößerung durch Einbringen von vertieften Elementen möglich. Eine solche Ausführungsform ist in 3 gezeigt. Hier ist in die Stirnfläche 36 des Vorsprunges 30 eine umlaufende Nut 38 eingebracht. Wie im quer angeschnittenen Bereich des Vorsprunges 30 zu erkennen, entsteht die Nut 38 aus einer zentralen Vertiefung 40, welche seitlich von zwei wulstartigen Erhebungen 42 und 44 begrenzt wird.
  • Selbstverständlich können die beiden gezeigten Konzepte miteinander kombiniert werden, beziehungsweise die in Form von Erhebungen oder Vertiefungen erzeugte Oberflächenvergrößerung auch in anderen Ausführungsformen dargestellt werden. Beispielsweise ist das Einbringen von Bohrungen, oder das Anbringen von Stegen möglich. Sämtliche solche Strukturen können entweder urformend beim Guss des Reibringes dargestellt werden, oder auch in einem Umformprozess beispielsweise durch Bohren oder Fräsen erzeugt werden. Alle gezeigten Ausführungsbeispiele demonstrieren den Erfindungsgedanken anhand einer einteiligen Bremsscheibe 10, welche als einstückiges Gussbauteil dargestellt ist. Selbstverständlich ist die Anwendung des Erfindungsgedankens auch bei zweiteiligen Bremsscheiben 10, welche getrennt gefertigte Reibringe 12 und Scheibentöpfe 14 umfassen, möglich. Da durch eine ungleichmäßige thermische Ausdehnung, und insbesondere eine Schirmung des Reibringes 12 bei solchen zweiteiligen Bremsscheiben an den Fügestellen zwischen Reibring 12 und Scheibentopf 14 besondere Belastungen auftreten, ist die Anwendung solcher erfindungsgemäßer oberflächenvergrößerter Kaltenringe gerade bei solchen zweiteiligen Bremsscheiben 10 besonders sinnvoll.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19617154 A1 [0004]

Claims (5)

  1. Bremsscheibe (10) für einen Kraftwagen mit einem Reibring (12) und einem Scheibentopf (14), wobei an einem Innenumfang des Reibrings (12) ein Vorsprung (30) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Vorsprung (30) zumindest bereichsweise Mittel (34, 38) zur Vergrößerung der Oberfläche (32, 36) angeordnet sind.
  2. Bremsscheibe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (34, 36) zur Vergrößerung der Oberfläche (32, 36) als Noppen oder Stege (34) ausgebildet sind.
  3. Bremsscheibe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (34, 38) zur Vergrößerung der Oberfläche (32, 36) als zumindest eine umlaufende Ringnut (38) ausgebildet sind.
  4. Bremsscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (36, 38) zur Vergrößerung der Oberfläche (32, 36) als Bohrungen ausgebildet sind.
  5. Bremsscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (30) aus einem anderen Material als der Reibring (12) besteht.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010035646B3 (de) * 2010-08-27 2011-12-15 Daimler Ag Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe sowie Bremsscheibefür eine Scheibenbremse eines Kraftwagens

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19617154A1 (de) 1996-04-29 1997-11-06 Knorr Bremse Systeme Verbindung zur Anbindung eines Reibringes einer Bremsscheibe an eine Nabe

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