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Die
Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für eine Scheibenbremse,
insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Eine solche Bremsscheibe ist bereits aus der
DE 101 25 111 B4 bekannt.
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Demnach
weist die Bremsscheibe einen Reibring auf, der bei einer Bremsung
mit den Bremsbelägen eines karosserieseitig des Kraftfahrzeugs
festgelegten Bremssattels beaufschlagt wird. Die durch die Reibung
zwischen den Bremsbelägen und dem Reibring erzeugte Bremskraft
wird als Drehmoment vom Reibring auf einen Topf der Bremsscheibe übertragen,
der das Moment wiederum auf eine Radachse ableitet. Der Topf der
Bremsscheibe ist dazu als Hülse ausgebildet, die an der
Nabe der Radachse befestigbar ist. Der Reibring ist dabei auf dem
Bremsscheibentopf in axialer Richtung schwimmend gelagert, wodurch
sich der Reibring bei einer Bremsung in axialer Richtung zwischen
den Bremsbelägen des Bremssattels in der Weise selbständig
anordnen kann, dass gegenüberliegende Bremsbeläge
gleich große Kräfte auf den Reibring ausüben.
Um den Reibring in axialer Richtung schwimmend lagern zu können
und zugleich bei einer Bremsung ein Drehmoment in Umlaufrichtung
des Reibrings durch einen Formschluss übertragen zu können,
ist der Bremsscheibentopf nach dem Prinzip einer Keilwelle mit einer
Zahnanordnung ausgebildet. Der Reibring weist eine entsprechende
Zahnlückenanordnung auf.
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Um
die bei einer Bremsung durch die Reibkraft entstehende Wärme
im Reibring besser abführen zu können, wird ein
Reibring aus zwei Ringen, den sogenannten Reibringhälften,
gebildet, die in axialer Richtung beabstandet sind und die über
Stege steif miteinander verbunden sind. Der so zwischen den Reibringhälften
entstehende Zwischenraum kann von Luft durchströmt werden,
wodurch die beiden Reibringhälften gekühlt werden.
Bremsscheiben mit dieser Art ausgestalteten Reibringen werden auch
innen belüftete Bremsscheiben genannt.
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Die
Kühlung eines innen belüfteten Reibringes wird
um so effizienter, je leichter Frischluft über die Innenseite
des Reibrings in die Innenbelüftung zwischen die beiden Reibringhälften
eintreten kann. Da allerdings an der Innenseite des Reibrings auch die
Zahnlückenanordnung der Verzahnung zwischen Reibring und
Bremsscheibentopf verläuft, ist ein Abgleich nötig
zwischen einer effizienten Kühlung des Reibringes durch
Schaffung großer Eintrittsöffnungen zur Innenbelüftung
auf der einen Seite und einer Maximierung des vom Reibring auf den
Bremsscheibentopf übertragbaren Bremsmomentes durch eine möglichst
massive Verzahnung auf der anderen Seite.
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Gemäß der
DE 101 25 111 B4 wird
zur Verbesserung der Belüftung die bremsscheibentopfseitige
Zahnanordnung für die Bildung der Keilwelle nur auf Teilsegmenten
des Umfangs des Bremsscheibentopfs ausgebildet. Zwischen den einzelnen
Segmenten der Zahnanordnung werden Aussparungen freigelassen, über
die Luft in die Innenbelüftung des Reibrings strömen
kann.
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In
der Druckschrift
DE
100 25 102 C1 wird alternativ dazu eine Vergrößerung
des für das Einströmen von Frischluft in die Innenbelüftung
eines Reibrings zur Verfügung stehenden Querschnitts durch eine
Zahnanordnung für eine Keilwelle erreicht, bei der nur
in jede zweite Zahnlücke ein korrespondierender Zahn einer
Zahnanordnung greift. Über die frei bleibenden Zahnlücken
kann Frischluft in die Innenbelüftung des Reibringes einströmen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bremsscheibe mit einem schwimmend
auf einem Bremsscheibentopf gelagerten Reibring in der Weise weiterzubilden,
dass die Kühlung des Reibrings verbessert wird und zugleich
weiterhin ein hohes Drehmoment von dem Reibring auf den Bremsscheibentopf übertragbar
ist.
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Die
Aufgabe wird durch eine Bremsscheibe mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Zu der Erfindung gehört
auch eine Scheibenbremse gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Bremsscheibe weist somit einen
Reibring auf, welcher mit einem Bremsscheibentopf über
eine Verzahnung nach dem Prinzip der Keilwelle verbunden ist, d.
h. dass eine bremsscheibentopfseitige Zahnanordnung mit einer reibringseitigen
Zahnlückenanordnung in Eingriff steht, wobei die Zahnlücken
der reibringseitigen Zahnlückenanordnung in Zwischenelementen
ausgebildet sind, welche von einer in radialem Abstand zur bremsscheibentopfseitigen
Zahnanordnung angeordneten Innenseite des Reibrings radial nach
innen abstehen und in einem gegenseitigen Abstand zueinander angeordnet
sind. Die Zwischenelemente fungieren also als Stege oder Speichen
zwischen der Innenseite des Reibrings und dem Außenumfang
des Bremsscheibentopfs. Durch die resultierende Beabstandung zwischen
Reibring und Bremsscheibentopf wird die Zufuhr von Frischluft in
die Innenbelüftung des Reibrings verbessert. Da die bremsscheibentopfseitigen
Enden der Stege nicht fest mit dem Bremsscheibentopf verbunden,
sondern durch eine Verzahnung schwimmend gelagert sind, ist zudem weiterhin
sichergestellt, dass der Reibring sich bei einer Bremsung optimal
zwischen den Bremsbelägen des Bremssattels ausrichten kann.
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Werden
die bremsscheibentopfseitigen Enden der Zwischenelemente über
Ringsegmente verbunden, so entsteht ein umlaufender Innenring, der den
Bremsscheibentopf in den Bereichen zwischen den Zähnen
der Zahnanordnung umschließt. Dadurch werden in vorteilhafter
Weise partielle Zugbeanspruchungen an den Zwischenelementen des
Reibrings auf weniger beanspruchte Zwischenelemente übertragen,
so dass sich eine homogenere Spannungsverteilung bei einem durch
eine Bremsung eingeleiteten Moment ergibt. Um eine schwimmende Lagerung
auch bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung des Reibrings
und des Bremsscheibentopfs zu gewährleisten, sind bevorzugt
Spalte zwischen dem aus den Ringsegmenten gebildeten Innenring und dem
Bremsscheibentopf sowie an geeigneten Stellen der Verzahnung vorzusehen.
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Eine
Schirmung des Reibringes und ein damit einhergehender ungleicher
Verschleiß von Bremsbelägen kann verringert werden,
wenn die Zwischenelemente in ihrer axialen Ausdehnung lediglich
eine Teilbreite des Reibrings einnehmen. Unter einer Schirmung ist
dabei eine Krümmung des Reibringes durch die Wechselwirkung
zwischen den durch eine Erhitzung des Reibrings verursachten Zugspannungen
und den durch die Zwischenelemente auf den Reibring ausgeübten
Haltekräften zu verstehen.
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Insbesondere
bei Reibringen, die aus zwei Reibringhälften und sich zwischen
diesen erstreckenden Stegen zur Schaffung einer Innenbelüftung bestehen,
ist es von Vorteil, wenn die Zwischenelemente zumindest in etwa
eine axiale Abmessung aufweisen, die dem durch die Stege bestimmten
Abstand der Reibringhälften entspricht. Sie lassen sich dann
als Fortsätze der die beiden Reibringhälften beabstandenden
Stege der Innenbelüftungseinrichtung ausbilden. Mit der
Formulierung – zumindest in etwa – kommt dabei
zum Ausdruck, dass zwischen einer Reibringhälfte und einem
Zwischenelement durchaus ein Formschluss in einem Übergangsbereich denkbar
ist. Insbesondere sind Zwischenelemente möglich, deren
Abmessung in axialer Richtung weniger als das 1,2-fache des axialen
Abstands der beiden Reibringhälften beträgt.
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Um
zu gewährleisten, dass der Reibring auch unter Beaufschlagung
eines Drehmomentes während einer Bremsung weiterhin in
axialer Richtung verschiebbar bleibt, ist es von Vorteil, die Zähne der
bremsscheibentopfseitigen Zahnanordnung an ihren Zahnflanken mit
Aussparungen zu versehen, in die Gleitplatten eingebracht sind.
Solche Gleitplatten stehen über die Oberfläche
der eigentlichen Zahnflanken hinaus und bilden somit den eigentlichen Kontaktbereich
zwischen Bremsscheibentopf und Reibring. Gleitplatten können
durch Kleben, Löten, Verschrauben oder ähnliches
in den Aussparungen fixiert werden. Eine Gleitplatte zeichnet sich
dadurch aus, dass der Reibbeiwert zwischen einer Gleitplatte und
dem die korrespondierende Zahnlücke aufweisenden Material
des Zwischenelements kleiner ist als der Reibbeiwert zwischen dem
Material des Zahns selbst und dem Material des Zwischenelements.
Als Alternative zu Gleitplatten ist auch denkbar, Oberflächenbereiche
der Zähne der Zahnanordnung durch partielle Oberflächenbehandlung
hinsichtlich Härte, Verschleiß und Reibbeiwert
zu verbessern.
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Die
durch die schwimmende Lagerung des Reibrings auf dem Bremsscheibentopf
ermöglichte axiale Auslenkung des Reibrings, d. h. der
Gleitweg des Reibrings auf dem Bremsscheibentopf, ist vorzugsweise
durch Anschlagelemente begrenzt. Dadurch ist gewährleistet,
dass sich der Reibring in axialer Richtung stets in einer Position
auf dem Bremsscheibentopf befindet, aus der heraus eine zuverlässige Übertragung
eines durch Bremsung eingeleiteten Drehmoments vom Reibring auf
den Bremsscheibentopf möglich ist. Auch ist bei einer Montage
sichergestellt, dass der Reibring nicht vom Bremsscheibentopf herunter
fällt.
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Vorzugsweise
wird der Reibring durch eine Federanordnung in einer vorbestimmten
Position auf dem Gleitweg gehalten, die der Reibring nach einer Bremsung
dadurch selbständig wieder einnimmt. So wird verhindert,
dass sich der Reibring selbständig einem Bremsbelag nähert
und Kratz- oder Quietschgeräusche entstehen.
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Die
Zahnflanken der Zähne der bremsscheibentopfseitigen Zahnanordnung
können in verschiedener Weise ausgeformt sein. Die beiden
den bremsscheibentopfseitigen Formschluss bildenden Oberflächen
der Zahnflanken können zum einen parallel ausgerichtet
sein (Zähne mit rechteckigem Querschnitt) oder in einem
spitzen Winkel zueinander ausgerichtet sein (Zähne mit
dreieckigem oder trapezförmigen Querschnitt). Es ist auch
die Ausbildung einer Evolventenverzahnung denkbar.
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Im
Folgenden wird ein Weg zum Ausführen der beanspruchten
Erfindung durch ein Beispiel und anhand von Zeichnungen erläutert.
Dabei zeigen:
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1 eine
Frontansicht einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe,
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2 eine
perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen
Bremsscheibe aus 1, und
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Bremsscheibentopfes einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe.
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Die
in 1 gezeigte Frontansicht einer erfindungsgemäßen
Bremsscheibe zeigt einen Bremsscheibentopf 1, auf dem ein
Reibring 2 schwimmend gelagert ist. Von der Innenseite
des Reibrings 2 stehen radial nach innen Zwischenelement 3 ab.
In den Zwischenelementen 3 sind Zahnlücken angeordnet, in
die Zähne 4 einer am Bremsscheibentopf 1 ausgebildeten
Zahnanordnung greifen. Zwischen den Zwischenelementen 3 erstrecken
sich bremsscheibentopfseitig Ringsegmente 5. Zwischen den
Ringsegmenten 5 und dem Bremsscheibentopf 1 ist
ein Spalt 6 ausgebildet. Ebenso ist im Bereich des Eingriffs zwischen
den Zähnen 4 und den Zwischenelementen 3 ein
Spalt 7 vorhanden.
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Der
Bremsscheibentopf 1 kann in verschiedenen Materialien und
durch unterschiedliche Produktionsprozesse ausgeführt hergestellt
sein. Zur Erlangung eines Leichtbaupotentials kann der Bremsscheibentopf
insbesondere in einem Urformverfahren, beispielsweise durch Druckguss,
aus einer Aluminiumlegierung mit anschließender spanender
Bearbeitung hergestellt werden. Eine andere Variante sieht vor,
den Bremsscheibentopf aus einem Stahlblech durch Umformung und weiterer
Bearbeitung herzustellen.
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In 2 ist
die erfindungsgemäße Bremsscheibe aus der 1 in
perspektivischer Darstellung zu sehen. Der Reibring 2 besteht
aus zwei Reibringhälften 21, 22, die
durch Stege 23 in axialer Richtung voneinander beabstandet
sind. In die so zwischen den beiden Reibringhälften 21, 22 ausgebildete
Innenbelüftungseinrichtung kann kühlende Frischluft
von den Freiräumen zwischen den Zwischenelementen 3 her
einströmen. Ein solcher Eintrittsbereich für Frischluft
ist mit den Bezugszeichen 24 gekennzeichnet. Zu erkennen
ist des Weiteren, dass die Abmessung der Zwischenelemente 3 in
axialer Richtung ungefähr dem Abstand der beiden Reibringhälften 21, 22 entspricht.
Auch sind Übergangsbereiche zwischen der in der Figur vorne
befindlichen Reibringhälfte 21 und den Zwischenelementen 3 erkennbar.
Die übrigen Bezugszeichen beziehen sich auf Elemente, die
bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert
wurden.
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In
der 3 ist eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Bremsscheibentopfs 1 gezeigt. Die Flanken der Zähne 4 der
Zahnanordnung des Bremsscheibentopfs 1 weisen Aussparungen 8 auf,
in die Gleitplatten 9 eingelegt sind. Zwischen den Zähnen
sind entlang eines Umfangs des Bremsscheibentopfs 1 Anschlagelemente 10 ausgebildet.
Würde ein erfindungsgemäßer Reibring
mit Ringsegmenten zwischen seinen Zwischenelementen auf den gezeigten
Bremsscheibentopf 1 von in der 3 hinten
aufgeschoben, würde der Gleitweg des Reibrings auf dem
Bremsscheibentopf 1 in axialer Richtung dadurch nach vorn
hin begrenzt, dass die Ringsegmente des Reibrings an den Anschlagelementen 10 in
Anlage kämen.
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Die
in den Figuren gezeigten Ausführungen der Erfindung verdeutlichen,
wie eine bessere Luftzufuhr zur Innenbelüftung des Reibrings
ermöglicht wird und gleichzeitig die Übertragung
eines hohen Drehmoments bei einer Bremsung vom Reibring auf den
Bremsscheibentopf ermöglicht wird.
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- 1
- Bremsscheibentopf
- 2
- Reibring
- 3
- Zwischenelement
- 4
- Zahn
- 5
- Ringsegment
- 6,
7
- Spalt
- 8
- Aussparung
- 9
- Gleitplatte
- 10
- Anschlagelement
- 21,
22
- Reibringhälfte
- 23
- Steg
- 24
- Eintritt
Innenbelüftung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10125111
B4 [0001, 0005]
- - DE 10025102 C1 [0006]