DE102008036396A1

DE102008036396A1 - Gebaute Scheibenbremse

Info

Publication number: DE102008036396A1
Application number: DE200810036396
Authority: DE
Inventors: Ralph Renz; Thomas Kirschner
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2008-08-05
Publication date: 2010-02-11

Abstract

Eine gebaute Scheibenbremse, umfassend einen Bremsscheibentopf aus einer Aluminium-Legierung, eine Bremsscheibe sowie Verbindungselemente zur beabstandenden Verbindung von Bremscheibentopf und Bremsscheibe, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf durch Umwandlung einer Oberflächenzone mittels anodischer Oxidation eine oxidische Schutzschicht mit einer Schichtstärke zwischen 10 und 60 µ-Metern aufweist, dass die Auflagefläche zwischen einem Verbindungselement und dem Bremsscheibentopf zwischen 20 mm2 und 100 mm2 und insbesondere zwischen 20 mm2 und 30 mm2 beträgt, dass die Beabstandung zwischen Bremsscheibentopf und Bremsscheibe zwischen 2 mm und 10 mm und insbesondere zwischen 2 mm und 3 mm beträgt und dass die Verbindungselemente zur Gewährleistung einer freien Außenkante zwischen 1 mm bis 5 mm und insbesondere zwischen 1 mm bis 3 mm von der Außenkante des Bremsscheibentopfes radial nach innen versetzt vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine gebaute Scheibenbremse, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Scheibenbremse ist dazu vorgesehen, ein Fahrzeug abzubremsen indem Bremsbacken gegen die rotierende Bremsscheibe gedrückt und das Fahrzeug dadurch abgebremst wird, dass Rotationssenergie in Wärme umgesetzt wird. Dabei umfasst die Scheibenbremse einen Bremsscheibentopf, um die Bremsscheibe an eine Fahrzeugachse anzubinden. Insbesondere bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten entstehenden dabei Wärmemengen, die spezielle Materialien für die Bremsscheibe notwendig machen. Diese Materialien sind jedoch kaum geeignet, um die Bremsscheibe an eine Fahrzeugachse anzubinden, und/oder würden zu einer unerwünschten Gewichtszunahme bei der Scheibenbremsen führen. Deshalb wurde bereits der Einsatz zweiteiliger Scheibenbremsen vorgeschlagen. Derartige „gebaute” Scheibenbremsen ermöglichen eine hohe Wärmeaufnahme bei vertretbarem Gewicht. Der Bremsscheibentopf ist beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung gefertigt und über metallische Verbindungselemente mit der Bremsscheibe fest oder federnd verbunden. Eine solche gebaute Scheibenbremse ist aus der gattungsgemäßen WO 02/38979 bekannt.
Ein Problem bei derartigen gebauten Scheibenbremsen ist, dass sie aufgrund der verwendeten, unterschiedlichen Materialien für Bremsscheibe, Bremsscheibentopf sowie Verbindungselemente recht korrosionsanfällig sind. Dies hat seinen Grund in der unterschiedlichen Potentialdifferenz der üblicherweise verwendeten metallischen Materialien. Die Verbindungselemente sind aus Korrosionsgründen üblicherweise aus Edelstahl, während der Bremsscheibentopf aus Gewichtsgründen meist aus einer Aluminiumlegierung besteht. Damit tritt, aufgrund der elektrochemischen Spannungsdifferenz zwischen den unterschiedlichen Materialien, eine elektromotorische Kraft auf, die insbesondere beim Aluminium-Bremsscheibentopf im Bereich konstruktiv bedingter Spalte oder Kanten sowie Auflage- bzw. Berührflächen mit den Verbindungselementen zu Korrosion führt. Diese Korrosion wird noch begünstigt durch die im Betrieb auftretenden hohen Temperaturen sowie insbesondere im Winter vorhandenes Salz.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine gebaute Scheibenbremse vorzuschlagen, die ein verbessertes Korrosionsverhalten zeigt.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Bremsscheibentopf, durch Umwandlung einer Oberflächenzone mittels anodischer Oxidation, eine oxidische Schutzschicht mit einer Schichtstärke zwischen 10 und 60 μ-Metern aufweist, dass die Auflagefläche zwischen einem Verbindungselement und dem Bremsscheibentopf zwischen 20 mm² und 100 mm² und insbesondere zwischen 20 mm² und 30 mm² beträgt, dass die Beabstandung zwischen Bremsscheibentopf und Bremsscheibe zwischen 2 mm und 10 mm und insbesondere zwischen 2 mm und 3 mm beträgt, und dass die Verbindungselemente, zur Gewährleistung einer freien Außenkante, zwischen 1 mm bis 5 mm und insbesondere zwischen 1 mm bis 3 mm von der Außenkante des Bremsscheibentopfes radial nach innen versetzt vorgesehen sind. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass bei einer gebauten Scheibenbremse mehrere Einzelmaßnahmen notwendig sind, um einer Korrosion entgegenzuwirken. Hierzu ist neben einer gezielten Beschichtung des Bremsscheibentopfes mittels anodischer Oxidation als Schutz auch eine möglichst geringe aber noch stabile Auflagefläche zwischen einem jeweiligen Verbindungselement und dem Bremsscheibentopf, zur Reduzierung der Temperaturbelastung, notwendig.
Weiterhin ist eine geeignete Beabstandung zwischen Bremsscheibe und Bremsscheibentopf sowie die Gewährleistung einer freien Außenkante, zur Förderung der Abtrocknung, erforderlich. Durch das synergistische Zusammenwirken dieser Einzelmaßnahmen kann eine deutlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit bei einer gebauten Scheibenbremse erreicht werden. So wurde erkannt, das durch diese spezielle Kombination relativ einfacher und kostengünstiger Maßnahmen beispielsweise auf eine teure keramische Plasmabeschichtung des Bremsscheibentopfes verzichtet werden kann.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, auch kupferhaltige Aluminiumlegierungen mit hoher Festigkeit und nur mittlerer Korrosionsbeständigkeit, wie beispielsweise wärmebehandeltes AlZn5,5MgCu, einzusetzen. Noch bessere Ergebnisse werden erzielt beim Einsatz von Aluminiumlegierungen mit hoher Festigkeit und hoher Korrosionsbeständigkeit, beispielsweise wärmebehandeltes AlSi1MgMn.
Mit Vorteil wird vorgeschlagen, den Bremsscheibentopf aus einer Aluminium-Knetlegierung herzustellen. Derartige Knetlegierungen haben ein besonders feines Gefüge und sind damit entsprechend geeignet, um beispielsweise durch Schmieden und/oder Rotationswalzen in eine gewünschte, endkonturnahe Form gebracht zu werden.
Eine besonders kostengünstig hergestellter Bremsscheibentopf ergibt sich, wenn dieser aus einer Aluminium-Gusslegierung gegossen wird. Bevorzugt sind korrosionsbeständige Gusslegierungen wie AlSi10Mg oder AlSi7Mg0,3 vorgesehen. Zur weiteren Erhöhung der Festigkeit kann der gegossene Bremsscheibentopf mittels einfacher Schmiedetechnik nachverdichtet werden. Dies erhöht zusätzlich die Oberflächengüte und verbessert das Anodisierverhalten.
Die oxidische Schutzschicht auf dem Bremsscheibentopf wird vorzugsweise durch Hartanodisieren mit einer Schichtstärke zwischen 20 und 60 μ-Metern bei hoher Maßhaltigkeit, d. h. Schichtstärkentoleranz von beispielsweise +/– 10 μ-Metern, aufgebracht. Dies ergibt aufgrund einer Härte von 350 HV bis 600 HV einen Bremsscheibentopf mit gut geschützter Oberfläche. Dabei kann die Beschichtung, zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit, nachverdichtet werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, zur Verbesserung der Gleiteigenschaften Polymere wie beispielsweise PTFE in die Beschichtung einzulagern. Alternativ können auch Eloxalbeschichtungen mit einer Härte von ca. 250 HV bis 450 HV eingesetzt werden, mit einer Schichtstärke von 10 bis 30 μ-Metern und vorzugsweise 20 μ-Meter. Hierbei ergibt sich neben dem Kostenvorteil auch noch die Möglichkeit einer entsprechenden Farbgebung.
Aufgrund des senkrechten Wachstums bei der anodischen Oxidation des Aluminium-Bremsscheibentopfes sind dessen Bauteilkanten, zur Gewährleistung hoher Korrosionsbeständigkeit im Kantenbereich, vorzugsweise abgerundet vorgesehen, insbesondere mit einem Radius zwischen 0,5 und 2,0. Jedoch sind, aufgrund der radial nach innen versetzten Verbindungselemente, auch scharfkantige Bauteilkanten möglich.
Die Abtrocknung der gebauten Scheibenbremse wird dadurch weiter verbessert, dass der Bremsscheibentopf auf seiner der Bremsscheibe zugewandten Seite eine flächige Gestaltung, also keine Einbuchtungen bzw. Vorsprünge, aufweist. Bei Kontaktkorrosion ist auch das Flächenverhältnis von edlerem Metall (z. B. Edelstahl) zu unedlerem Metall (z. B. Aluminium) wichtig. Je größer die Fläche des edleren Metalls ist, desto stärker die Korrosion. Durch die flächige Gestaltung des unedleren Bremsscheibentopfes kann die Kontaktkorrosion reduziert werden.
Zur Vermeidung von Gleitverschleiß bzw. Abrieb zwischen einem Verbindungselement und dem Bremsscheibentopf ist als Spaltmaß zwischen einem Verbindungselement und dem Bremsscheibentopf zwischen 0,05 mm und 0,15 mm und besonders bevorzugt 0,05 mm, vorgesehen. Dieses Spaltmaß betrifft beispielsweise den Abstand eines Verbindungselementes zu den Rändern einer entsprechenden Nut im Bremsscheibentopf.
Speziell für gebaute Hinterachsbremsscheibentöpfe mit Grauguss-Handbremsteil ist für den Handbremsteil eine galvanisch aufgebrachte Zink/Nickel oder Aluminium/Zinklammellenbeschichtung von Vorteil. Für Verbundgussbauteile ist eine partielle Eloxalbeschichtung des Aluminium-Bremsscheibentopfes sowie ein separates Beschichten des Handbremsteils mit Zinkstaubfarbe oder einer Aluminium/Zinklamellenbeschichtung vorzusehen.
Aufgrund optischer Anforderungen sind die Verbindungselemente bevorzugt aus Edelstahl der Qualität A2 vorgesehen. Durch die konstruktiv bedingten Spalte sowie Bremsbelagabrieb kann jedoch Rotrostbildung auftreten. Zur Verbesserung der Optik können die Verbindungselemente auch aus höherwertigem Edelstahl, z. B. der Qualität A4, oder aus Titan vorgesehen sein. Um einen möglichst geringen Wärmeeintrag in den Bremsscheibentopf zu bekommen, ist vorzugsweise Ti6Al4V (Wärmeleitfähigkeit kleiner als 15 W/mK) vorgesehen. Aus Kostengründen sind auch Verbindungselemente aus Titan Grade 1 bis 4 verwendbar. Die höhere Wärmeleitfähigkeit von ca. 20 W/mK ist dabei ggf. durch eine größere Beabstandung vom Bremsscheibentopf zu berücksichtigen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 02/38979 [0002]

Claims

Gebaute Scheibenbremse, umfassend einen Bremsscheibentopf aus einer Aluminium-Legierung, eine Bremsscheibe sowie Verbindungselemente zur beabstandenden Verbindung von Bremsscheibentopf und Bremsscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf, durch Umwandlung einer Oberflächenzone mittels anodischer Oxidation, eine oxidische Schutzschicht mit einer Schichtstärke zwischen 10 und 60 μ-Metern aufweist, dass die Auflagefläche zwischen einem Verbindungselement und dem Bremsscheibentopf zwischen 20 mm² und 100 mm² und insbesondere zwischen 20 mm² und 30 mm² beträgt, dass die Beabstandung zwischen Bremsscheibentopf und Bremsscheibe zwischen 2 mm und 10 mm und insbesondere zwischen 2 mm und 3 mm beträgt, und dass die Verbindungselemente, zur Gewährleistung einer freien Außenkante, zwischen 1 mm bis 5 mm und insbesondere zwischen 1 mm bis 3 mm von der Außenkante des Bremsscheibentopfes radial nach innen versetzt vorgesehen sind.
Gebaute Scheibenbremse nach Anspruch 1, wobei der Bremsscheibentopf wärmebehandelt aus einer Legierung hoher Festigkeit, aufweisend die Komponenten Aluminium, Magnesium und ein Übergangs- und/oder ein Halbmetall, vorgesehen ist.
Gebaute Scheibenbremse nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bremsscheibentopf aus einer Aluminium-Knetlegierung durch Schmieden und/oder Rotationswalzen endkonturnah gefertigt ist.
Gebaute Scheibenbremse nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bremsscheibentopf aus einer Aluminium-Gusslegierung durch Gießen gefertigt ist.
Gebaute Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die oxidische Schutzschicht des Bremsscheibentopfes entweder als hartanodische Beschichtung mit einer Schichtstärke zwischen 20 μ-Metern und 60 μ-Metern, oder als Eloxalbeschichtung mit einer Schichtstärke zwischen 10 μ-Metern und 30 μ-Metern und insbesondere mit 20 μ-Metern, vorgesehen ist.
Gebaute Scheibenbremse nach Anspruch 5, wobei die oxidische Schutzschicht nachverdichtet wird und/oder Polymere in diese eingelagert werden.
Gebaute Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bremsscheibentopf abgerundete Kanten aufweist.
Gebaute Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bremsscheibentopf eine flächigen Gestaltung auf der zur Bremsscheibe hin orientierten Seitenfläche aufweist.
Gebaute Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spaltmaß zwischen Verbindungselement und Bremsscheibentopf zwischen 0,05 mm und 0,15 mm beträgt.
Gebaute Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Verbindungselemente aus Edelstahl oder Titan vorgesehen sind.
Fahrzeug mit gebauten Scheibenbremsen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.