DE102008051598A1

DE102008051598A1 - Bremsscheibe mit einem Bremsscheibentopf

Info

Publication number: DE102008051598A1
Application number: DE102008051598A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Ing. Botsch; Klaus Dipl.-Ing. Jäckel (FH); Martin Dipl.-Ing. Lesch; Christian Dipl.-Ing. Quinger; Thomas Dipl.-Ing. Salewski; David Dipl.-Ing. Wilke
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2010-04-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe (20) mit einem Bremsscheibentopf (12) und einem Reibring (14), welche über wenigstens eine Nietverbindung (26) miteinander verbunden sind, wobei der Reibring (14) wenigstens einen radial nach innen ragenden Vorsprung (22) und der Bremsscheibentopf (12) einen Flanschbereich (24) umfasst, welche jeweils von der wenigstens einen Nietverbindung (26) durchsetzt sind, wobei der wenigstens eine Vorsprung (22) des Reibrings zwei Flächen (30, 32) aufweist, welche zu den Reibflächen (16, 18) des Reibringes (14) in axialer Richtung beabstandet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe mit einem Bremsscheibentopf und einem Reibring welche über wenigstens eine Nietverbindung miteinander verbunden sind nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus der EP 0 872 658 A1 ist eine Bremsscheibe, insbesondere eine innenbelüftete Bremsscheibe, mit einem Reibring und einem Bremsscheibentopf bekannt, welche über Verbindungselemente miteinander verbunden sind. Die Verbindung erfolgt hierbei über sich überlappende Ringstege des Bremsringes und Bremsscheibentopfes, welche von den als Nieten ausgebildeten Verbindungselementen durchsetzt werden. Der reibringseitige Ringsteg ist dabei als Fortsetzung einer Reibfläche des Reibringes ausgebildet.
Der Ringsteg des Reibringes ist somit asymmetrisch bezüglich der Hauptsymmetrieebene des Reibringes ausgebildet. Dadurch ist die gesamte Verbindungsanordnung zwischen Bremsscheibentopf und Reibring ebenfalls asymmetrisch, was zu einer ungleichmäßigen Krafteinleitung vom Reibring in den Bremsscheibentopf führen kann.
Der vorliegenden Erfindung hegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Verbindung von Bremsscheibentopf und Reibring in einer Bremsscheibe nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Bremsscheibe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Eine solche Bremsscheibe umfasst einen Bremsscheibentopf und einen Reibring, welche über wenigstens eine Nietverbindung miteinander verbunden sind. Die Verbindung umfasst dabei wenigstens einen radial nach innen ragenden Vorsprung des Reibrings sowie einen Flanschbereich des Bremsscheibentopfes, welche überlappend angeordnet sind und jeweils von der wenigstens einen Nietverbindung durchsetzt sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Vorsprung des Reibrings zwei Flächen aufweist, welche zu den Reibflächen des Reibrings in axialer Richtung beabstandet sind. Die Flächen sind somit flächenparallel zu den Reibflächen des Reibringes, jedoch in axialer Richtung gegenüber diesen versetzt. Insbesondere ist der Versatz dabei so gewählt, dass eine Hauptsymmetrieebene des Vorsprunges mit der Hauptsymmetrieebene des Reibringes zusammenfällt. Die Anbindung des Bremsscheibentopfes an den Reibring ist somit im Wesentlichen symmetrisch, wodurch die Krafteinleitung vom Reibring in den Bremsscheibentopf und damit auf die zugeordnete Achse eines Kraftwagens wesentlich verbessert wird. Auftretende Materialspannungen sowie das Schwingungsverhalten werden verbessert, wodurch die Korrosion der Bremsscheibe abnimmt.
Bevorzugt liegt dabei eine erste Fläche des Vorsprunges an dem Flanschbereich des Bremsscheibentopfes an. Es wird somit eine flächige Anbindung zwischen Reibring und Bremsscheibentopf erzielt, wodurch insbesondere Kräfte in axialer Richtung besonders gut vom Reibring in den Bremsscheibentopf einleitbar sind. Die flächige Anbindung zwischen Vorsprung und Flanschbereich stellt gleichzeitig eine axiale Sicherung des Reibrings am Bremsscheibentopf dar, so dass keine zusätzlichen Verbindungselemente zur axialen Fixierung des Reibringes notwendig sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Druckring vorgesehen, welcher ebenfalls von der wenigstens einen Nietverbindung durchsetzt ist. Dieser liegt bevorzugt an der zweiten Fläche des Vorsprunges des Reibringes an. Der Vorsprung des Reibringes wird somit zwischen dem Flanschbereich des Bremsscheibentopfes und dem Druckring durch die Nietverbindung verspannt. Neben dem Formschluss durch die Nietverbindung wird durch eine derartige Verspannung ein zusätzlicher Reibschluss zwischen den jeweiligen Bauteilen erzielt, was die Sicherung des Reibringes am Bremsscheibentopf weiter verbessert.
Die wenigstens eine Nietverbindung ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Warmnietverbindung ausgebildet. In anderen Worten wird der jeweilige Niet der wenigstens einen Nietverbindung vor dem Nietvorgang erhitzt, so dass er sich nach dem Ausbilden der Nietverbindung zusammenzieht und so zu einer zusätzlichen Verspannung der vernieteten Bauteile führt. Durch eine solche Verspannung wird die Haltewirkung der Nietverbindung weiter verbessert, wobei sich durch definierte Vorspannungen auch das Schwingungsverhalten der gesamten Bremsscheibe verringern lässt.
In alternativer Ausgestaltung kann die wenigstens eine Nietverbindung auch als Schweißnietverbindung ausgebildet sein, wodurch der Form- und Kraftschluss der normalen Nietverbindung durch eine stoffschlüssige Komponente ergänzt wird. Dies führt zu besonders festen Verbindungen.
Dabei wird durch die so genannte Schweißnietverbindung in nur einem Arbeitsgang eine Verbindung der Bauteile miteinander hergestellt. Dies erfolgt durch Darstellung einer Schweißverbindung sowie einer plastischen Verformung während eines Nietvorganges.
Mit der Schweißnietverbindung ist es insbesondere auch möglich, die Bauteile stirnseitig zu befestigen, ohne eine auch das Grundbauteil durchdringende Bohrung vorsehen zu müssen.
Zur Herstellung der Schweißnietverbindung wird ein Schweißniet durch die Bohrung des Bremsscheibentopfes gesteckt, bis er mit seiner in Einsteckrichtung vorne gelegenen Stirnseite entweder am Flansch oder am der gegenüberliegenden zweiten Fläche anliegt. Hiernach wird der Schweißniet mit seiner Stirnfläche an der Oberfläche des Flansches oder der zweiten Fläche angeschweißt. Dies erfolgt bevorzugt durch ein Widerstandschweißverfahren erfolgt. Im darauf folgenden Verfahrensschritt wird der Schweißniet unter Erwärmung plastisch verformt. Durch einen zweiten elektrischen Impuls, welcher in einem kurzen zeitlichen Abstand auf den ersten Schweißimpuls folgt, wird der Schweißniet dabei erwärmt und erweicht und durch eine in Längsrichtung des Schweißnietes ausgeübte Kraft plastisch verformt. Die plastische Verformung führt dabei zu einem Stauchen des Schaftes des Schweißnietes, wodurch sich dieser in der Bohrung der zu befestigenden Bauteile verklemmt. Nach Abschluss des Verfahrens schrumpft der Schweißniet aufgrund der vorausgegangen Erwärmung, wodurch es zu einer zusätzlichen Verspannung der Schweißnietverbindung kommt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Reibring als Gussbauteil, insbesondere aus Grauguss ausgebildet. Grauguss weist hervorragende tribologische und thermische Eigenschaften auf und eignet sich somit hervorragend, um den im Betrieb auftretenden Belastungen des Reibringes Stand zu halten. Der Bremsscheibentopf dagegen ist bevorzugt als Blechbauteil, insbesondere aus Stahlblech ausgebildet. Stahlblech weist eine höhere Festigkeit auf als Grauguss und eignet sich daher besonders zur Anbindung des Reibringes an die Achse eines Kraftwagens. Weiterhin sind Stahlblechbauteile mit dünneren Wandstärken ausführbar als Graugussbauteile, wodurch Gewicht eingespart wird. Dies reduziert zum einen den Kraftstoffverbrauch eines Kraftwagens mit einer derartigen Bremsscheibe und verbessert zum anderen durch die Reduktion der ungefederten Massen dessen Noise Vibration Hardness Eigenschaften.
Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
1 eine Schnittdarstellung durch den Verbindungsbereich zwischen Reibring und Bremsscheibentopf eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe;
2 eine angeschnittene perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe und
3 eine um 90° rotierte perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels aus 2.
Die im Ganzen mit 10 bezeichnete Bremsscheibe in 1 umfasst einen Bremsscheibentopf 12 zur Anbindung der Bremsscheibe an die Achse eines Kraftwagens sowie einen Reibring 14, welcher über seine Reibflächen 16, 18 in tribologischen Kontakt mit den Bremsbacken eines Bremssystems eines Kraftwagens gebracht wird, um so kinetische Energie des Kraftwagens in Form von thermischer Energie zu dissipieren. Bremsscheibentopf 12 und Reibring 14 sind zweiteilig ausgeführt, was eine Ausführung des Reibringes 14 aus Grauguss ermöglicht, während der Bremsscheibentopf 12 aus dünnwandigem Stahlblech gefertigt ist. Damit kann im Vergleich zu einteilig gegossenen Bremsscheiben wesentlich Gewicht eingespart werden. Auch sind die Materialien von Bremsscheibentopf 12 und Reibring 14 für ihre jeweiligen Belastungen optimiert ausgelegt. Der Grauguss des Bremsscheibentopfes 14 weist sehr gute Reibungseigenschaften auf und kann darüber hinaus die beim Bremsvorgang anfallende Wärme hervorragend ableiten. Diese Eigenschaften sind von dem Bremsscheibentopf 12 nicht von Nöten, hier ist eine hohe Steifigkeit und ein geringes Gewicht von größerer Bedeutung. Dies kann durch die Ausführung des Bremsscheibentopfes 12 als Stahlblechbauteil gewährleistet werden. Der Reibring 14 ist als so genannter innenbelüfteter Reibring ausgeführt, wobei der Bereich zwischen den Reibflächen 16 und 18 von einer Mehrzahl von Kanälen 20 durchzogen ist, durch welche Luft zur Kühlung des Reibringes 14 strömen kann.
Zur Anbindung des Reibringes 14 an dem Bremsscheibentopf 12 weist der Reibring 14 einen radial nach innen ragenden Vorsprung 22 auf. Dieser überlappt einen Flansch 24 des Bremsscheibentopfes 12, wobei Vorsprung 22 und Flansch 24 von Nieten 26 durchsetzt sind. Es ergibt sich somit eine formschlüssige Verbindung zwischen Bremsscheibentopf 12 und Reibring 14, wobei durch die Verwendung eines Warmnietverfahrens und die damit einhergehende Längenverkürzung des Niets 26 nach dem Setzen des Niets 26 eine zusätzliche Verspannung erzeugt werden kann.
Um die Verbindung zwischen Bremsscheibentopf 12 und Reibring 14 weiter zu sichern ist ein Druckring 28 vorgesehen, welcher ebenfalls von dem Niet 26 durchsetzt ist. Der Vorsprung 22 liegt somit mit einer ersten Fläche 30 auf dem Flansch 24 auf und steht mit einer zweiten Fläche 32 mit dem Druckring 28 in Verbindung. Damit wird der Vorsprung 22 des Reibringes 14 durch den Niet 26 beidseitig verspannt, was zu einer besonders guten Kraftübertragung zwischen Reibring 14 und Bremsscheibentopf 12 führt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Druckring 28 als eigenes Bauteil ausgebildet und somit nicht mit dem Bremsscheibentopf 12 verbunden. Weiterhin ist es möglich, beim Setzen des Niets 26 ein Schweißnietverfahren anzuwenden, wobei der Niet 26 durch geeignete Energieeinleitung erwärmt wird, um zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Niet 26 und Bremsscheibentopf 12, bzw. Reibring 14 bzw. Druckring 28 zu erzeugen.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines breiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe. Ein Sektor der Bremsscheibe 10 ist dabei angeschnitten, um die Anbindung zwischen Bremsscheibentopf 12 und Reibring 14 besser zu veranschaulichen. Auch hier weist der Reibring 14 einen radial nach innen ragenden Vorsprung 22 auf, welcher in Anlage an einen Flansch 24 des Bremsscheibentopfes 12 kommt. Auf der gegenüberliegenden Oberfläche kommt der Vorsprung 22 in Anlage an einen Druckring 28. Wiederum ist eine Mehrzahl von Nietverbindungen 26 vorgesehen, welche Druckring 28, Vorsprung 22 und Flansch 24 durchsetzen und so die Bauteile stabil gegeneinander verspannen.
3 zeigt die gleiche Bremsscheibe 10 von ihrer Rückseite. Es ist zu erkennen, dass ein unterer Wandbereich des Bremsscheibentopfes 12 in etwa in Höhe des Vorsprungs 22 des Reibringes mehrere Durchtrittsöffnungen 34 aufweist, welche durch Stege 36 voneinander abgegrenzt sind. Durch diese Öffnungen steht der Innenraum des Bremsscheibentopfes 12 mit den Kanälen 20 des Reibringes 14 in Verbindung, so dass eine ungehinderte Durchströmung der innenbelüfteten Bremsscheibe mit Luft ermöglicht ist. Hierzu ist auch der Vorsprung 22 nicht umlaufend ausgeführt, sondern im Bereich der Durchtrittsöffnungen 34 unterbrochen, so dass auch dort Öffnungen zu den Kanälen 20 ermöglicht sind. Dadurch wird das Kühlungsverhalten der Bremsscheibe 10 wesentlich verbessert.

10: Bremsscheibe
12: Bremsscheibentopf
14: Reibring
16: Reibfläche
18: Reibfläche
20: Kanäle
22: Vorsprung
24: Flansch
26: Niet
28: Druckring
30: erste Fläche
32: zweite Fläche
34: Durchtrittsöffnungen

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

- EP 0872658 A1 [0002]

Claims

Bremsscheibe (20) mit einem Bremsscheibentopf (12) und einem Reibring (14), welche Fiber wenigstens eine Nietverbindung (26) miteinander verbunden sind, wobei der Reibring (14) wenigstens einen radial nach innen ragenden Vorsprung (22) und der Bremsscheibentopf (12) einen Flanschbereich (24) umfasst, welche jeweils von der wenigstens einen Nietverbindung (26) durchsetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Vorsprung (22) des Reibrings zwei Flächen (30, 32) aufweist, welche zu den Reibflächen (16, 18) des Reibringes (14) in axialer Richtung beabstandet sind.
Bremsscheibe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fläche (30) des Vorsprungs (22) an dem Flanschbereich (24) des Bremsscheibentopfes (12) anliegt.
Bremsscheibe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckring (28) vorgesehen ist, welcher ebenfalls von der wenigstens einen Nietverbindung (26) durchsetzt ist.
Bremsscheibe (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckring (28) an der zweiten Fläche (32) des Vorsprunges (22) anliegt.
Bremsscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Nietverbindung (26) als Warmnietverbindung ausgebildet ist.
Bremsscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Nietverbindung (26) als Schweißnietverbindung ausgebildet ist.
Bremsscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (14) als Gussbauteil, insbesondere aus Grauguss, ausgebildet ist.
Bremsscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf (12) als Blechbauteil, insbesondere aus Stahlblech, ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe (20) mit einem Bremsscheibentopf (12) und einem Reibring (14), welche über wenigstens eine Nietverbindung (26) miteinander verbunden sind, wobei der Reibring (14) wenigstens einen radial nach innen ragenden Vorsprung (22) und der Bremsscheibentopf (12) einen Flanschbereich (24) umfasst, welche jeweils von der wenigstens einen Nietverbindung (26) durchsetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Nietverbindung (26) als Schweißnietverbindung ausgebildet ist.