DE102009013358A1

DE102009013358A1 - Bremsscheibe für ein Fahrzeug sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen

Info

Publication number: DE102009013358A1
Application number: DE200910013358
Authority: DE
Inventors: Thomas Kirschner; Henry Raab; Ralph Renz
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2010-09-23
Also published as: ITMI20100213A1; IT1398302B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Bremsscheibe (1) für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen. Die Bremsscheibe (1) weist einen Reibring (3) auf, welcher eine Öffnung (13) besitzt, in die ein Topf (2) eingegossen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen.
Obwohl auf beliebige Fahrzeuge anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die zugrunde liegende Problematik in Bezug auf Kraftfahrzeuge näher erläutert.
Kraftfahrzeuge weisen zur Geschwindigkeitsreduzierung Bremsanlagen auf. Insbesondere bei Personenkraftfahrzeugen haben sich Bremsanlagen durchgesetzt, welche mit Scheibenbremsen ausgestattet sind. Solche Scheibenbremsen sind radseitig mit einer Bremsscheibe vorgesehen. Auf die Bremsscheibe wirken beim Bremsen Bremsbeläge eines fahrzeugseitig vorgesehenen Bremssattels. Diese Einwirkung der Bremsbeläge auf die Bremsscheibe führt zu einer Verzögerung der Drehbewegung der Bremsscheibe und somit zur Geschwindigkeitsreduzierung des abzubremsenden Kraftfahrzeugs.
Es ist bekannt geworden, solche Bremsscheiben mit einem Reibring, an welchem ein Topf angebracht ist, auszubilden. Allerdings haben sich die bisherigen Verbindungstechniken, um den Topf mit dem Reibring zu verbinden, als insbesondere in fertigungstechnischer Hinsicht ungenügend erwiesen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Bremsscheibe bzw. ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer solchen bereitzustellen, welche bzw. welches vor allem in fertigungstechnischer Hinsicht Vorteile bietet.
Diese Aufgabe wird durch eine Bremsscheibe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
Mit ”Eingießen” ist vorliegend gemeint, dass eine stoff- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Topf und dem Reibring mittels wenigstens abschnittsweisen Gießens des Topfes erzeugt wird.
Das Eingießen des Topfes in die Öffnung des Reibrings ist in fertigungstechnischer Hinsicht einfach zu realisieren. Ferner lässt sich mittels des Eingießens eine belastbare Verbindung zwischen dem Topf und dem Reibring erzeugen.
Von „Öffnung in die ein Topf eingegossen ist” soll auch der Fall umfasst sein, bei dem ein erster Topfabschnitt relativ zu dem Reibring derart positioniert wird, dass nach Eingießen eines zweiten Topfabschnitts der erste Topfabschnitt mittels des zweiten Topfabschnitts mit dem Reibring verbunden ist. Selbstverständlich kann das Eingießen des Topfes auch das Gießen des gesamten Topfes in einem Schritt umfassen.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung.
Unter „Reibring” ist vorliegend vorzugsweise ein Ringelement, welches beim Bremsen mit den Bremsbelägen in Kontakt kommt, zu verstehen. Vorliegend ist vorzugsweise ein Abschnitt, welcher mit dem Ringelement verbunden ist, auch als zum Reibring gehörig anzusehen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe weist der Reibring wenigstens einen ersten Steg auf, welcher in die Öffnung hineinragt und an welchem der Topf angegossen ist. Damit ergibt eine stoff- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Reibring und dem Topf. Diese zeichnet sich durch eine hohe Belastbarkeit, insbesondere zur Übertragung hoher Bremsmomente, aus. Der erste Steg weist vorzugsweise entlang der Mittellinie des Reibrings betrachtet in etwa die Gestalt eines Kreissegments auf, welches sich in Umfangsrichtung und in radialer Richtung, jeweils bezogen auf die Mittellinie des Reibrings, erstreckt. Die Öffnung ist vorzugsweise in etwa kreisrund ausgebildet.
Um eine ungehinderte radiale Ausdehnung zwischen Bremsscheibenring und Bremsscheibentopf zu ermöglichen, kann es zweckmäßig sein, die Verbindung zwischen Reibring und Topf ohne Stoffschluss, das heißt zumindest im Wesentlichen rein formschlüssig auszubilden.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe weist der Topf einen Rand auf, an welchem wenigstens eine Nase ausgebildet ist, wobei ein Ende des ersten Stegs in die Nase eingegossen ist. Die Nase erstreckt sich, ausgehend von dem Rand des Topfes, in etwa entlang der Mittellinie des Reibrings bzw. der Öffnung. Die Verwendung von einer oder mehreren Nasen im Gegensatz zu einem durchgehenden Element spart Gewicht. Die Nasen sind auch in gusstechnischer Hinsicht vorteilhaft.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe weist der Reibring weiterhin zwei Ringelemente auf, welche mittels des ersten Stegs an ihren Stirnseiten miteinander verbunden sind. Die Verbindung ist dabei in einer Richtung entlang der Mittellinie der Ringelemente vorgesehen. Der Topf ist vorzugsweise an einem der beiden Ringelemente angegossen. Alternativ könnte er auch an einem weiteren Element, welches an den beiden Ringelementen oder lediglich einem der beiden Ringelemente angeformt ist, angegossen sein.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe begrenzt der erste Steg wenigstens einen im Wesentlichen radialen Luftführungskanal. Demnach kommt dem ersten Steg eine Doppelfunktion zu. Einerseits dient er der Befestigung des Topfes an dem Reibring. Andererseits bildet er einen Teil des Luftführungskanals.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe weist der Reibring mehrere zweite Stege auf, welche die zwei Ringelemente an ihren Stirnseiten miteinander verbinden und im Wesentlichen radiale Luftführungskanäle begrenzen, wobei der Reibring ferner mehrere erste Stege aufweist, welche in Umfangsrichtung abwechselnd mit den zweiten Stegen angeordnet sind, wobei der Topf lediglich an die ersten Stege angegossen ist. Vorzugsweise sind dabei jeweils eins bis fünf, vorzugsweise drei, zweite Stege zwischen zwei ersten Stegen angeordnet. Die ersten Stege sind vorzugsweise bezogen auf eine Mittellinie des ersten und zweiten Ringelements in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet. Den Topf an nur einem Teil der Stege anzugießen, ist in platztechnischer bzw. gusstechnischer Hinsicht vorteilhaft.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe weist der Topf gegenüberliegend dem Rand einen Boden mit einem Durchtritt für die Radachse auf. Dies ist im Hinblick auf ein Zusammenfügen der Bremsscheibe mit der Radachse vorteilhaft.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe weist der Topf Aluminium und/oder der Reibring eine Keramik, insbesondere einen C/SiC-Verbundwerkstoff, auf. Ein C/SiC-Verbundwerkstoff besteht aus Kohlenstoff- oder Graphitfasern, welche in einer Matrix aus Siliciumcarbid, Silicium und/oder Kohlenstoff eingebettet sind. Mit ”Aluminium” sind auch Aluminiumlegierungen gemeint.
Es kann unter Umständen zweckmäßig sein, beispielsweise für Einsatzbereiche wie im Motorsport, dass die Flanken des wenigstens einen ersten Stegs im Bereich des Endes des ersten Stegs in Richtung des Topfs in einem Winkel abweichend von der Radialrichtung aufeinander zulaufen.
Die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bremsscheibe beschriebenen Weiterbildungen und Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bremsscheibe;
2 einen Schnitt A-A aus 1;
3 einen Schnitt B-B aus 1; und
4 ein schematisches Detail zu 2.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Bremsscheibe 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Bremsscheibe 1 weist einen Topf 2 und einen Reibring 3 auf. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel setzt sich der Reibring 3 aus zwei Ringelementen 4 und 5 zusammen, welche über eine Vielzahl von Stegen 6, 7 miteinander verbunden sind. Die Ringelemente 4, 5 sind an ihren gegenüberliegenden Stirnseiten 8 bzw. 9 entlang der Mittellinie 10 der Ringelemente 4, 5 über die Stege 6, 7 miteinander verbunden.
2 zeigt einen Schnitt A-A aus 1.
Wie 2 zu entnehmen, erstrecken sich die Stege 6, 7 im Wesentlichen in radialer Richtung bezogen auf die Mittellinie 10 und bilden zusammen mit den Ringelementen 4, 5 Luftführungskanäle 11 zwischen sich aus. Im Gegensatz zu den Stegen 6 erstrecken sich die Stege 7 entlang der Mittellinie 10 gesehen jeweils mit ihren Enden 12 in eine mittige Durchtrittsöffnung 13 des Ringelements 4 bzw. in eine mittige Durchtrittsöffnung 14 des Ringelements 5 hinein. Die Durchtrittsöffnungen 13, 14 werden jeweils durch einen inneren Rand 12c der Ringelemente 12 begrenzt.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind in Umfangsrichtung, wie 2 zu entnehmen, immer drei Stege 6 zwischen zwei Stegen 7 angeordnet. Vorzugsweise krümmen sich die Stege 6, 7 ausgehend vom äußeren Rand 12a der Ringelemente 4, 5 jeweils weg von einem Radius 12b der Ringelemente 4, 5.
Um die jeweilige Anordnung der Stege 6 zueinander zu erläutern, sind drei Stege 6 zwischen zwei Stegen 7 beispielhaft mit den Bezugszeichen 6a bis 6c in 2 bezeichnet. Der erste Steg 6a, der zweite Steg 6b und der dritte Steg 6c sind im Uhrzeigersinn nebeneinander angeordnet.
Der zweite Steg 6b erstreckt sich von dem äußeren Rand 12a des Ringelements 4 weiter in Richtung des inneren Randes 12c des Ringelements 4 als der erste Steg 6a. Der dritte Steg 6c erstreckt sich von dem äußeren Rand 12a des Ringelements 4 wiederum weiter in Richtung des inneren Randes 12c als der zweite Steg 6b.
Die Stege 7 weisen vorzugsweise eine S-Form auf. Dabei krümmt sich ein erster Abschnitt 7a eines jeweiligen Stegs 7 in die gleiche Richtung wie die Stege 6a bis 6c. Ein sich an den Abschnitt 7a anschließender Abschnitt 7b des Stegs 7 krümmt sich in die entgegengesetzte Richtung. Der Abschnitt 7b bildet an seinem freien Ende das Ende 12.
3 zeigt einen Schnitt B-B aus 1.
Um bei der Herstellung der Bremsscheibe 1 nun den Topf 2 mit dem Reibring 3 zu verbinden, stehen insbesondere zwei Möglichkeiten offen:
Die erste Möglichkeit besteht darin, eine entsprechend ausgebildete, nicht dargestellte Gussform an den Reibring 3 anzulegen. In einem weiteren Schritt wird dann der gesamte Topf 2 gegossen. Der gegossene Topf 2 weist dann einen Rand 15 auf, an welchem mehrere Nasen 16 angeformt sind. Die Nasen 16 umschließen die Enden 12 der Stege 7, wie insbesondere in 3 zu erkennen. Der Topf 2 weist ferner eine Seitenwand 17 mit einem im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt auf. Die Seitenwand 17 bildet an ihrer einen Stirnseite den Rand 15 und ist an ihrer anderen Stirnseite von einem Boden 18 wenigstens teilweise verschlossen ausgebildet. Ferner ist ein ringförmiger Steg 23 in die Seitenwand 17 des Topfes 2 eingelassen. Beim Gießen können weiterhin Durchtrittsöffnungen 19 und 20 in dem Topfboden 18 grob ausgebildet werden. Die Durchtrittsöffnung 19 ist für einen Durchtritt der nicht dargestellten Radachse vorgesehen. Die Durchtritte 20 sind für Befestigungsmittel zur Befestigung der Bremsscheibe 1 an der Radachse vorgesehen.
Nach dem Eingießen des Topfes 2 kann nun vorzugsweise eine Endbearbeitung der Bremsscheibe 1, insbesondere der Durchtritte 19, 20, beispielsweise mittels spanender Bearbeitungsverfahren, vorgenommen werden. Diese Endbearbeitung kann auch ein Auswuchten mittels Abtragens oder Hinzufügens von Material der Bremsscheibe 1 umfassen.
Eine zweite Möglichkeit zur Herstellung des Topfes 2 besteht darin, den Topf 2 bereits abschnittsweise fertig gestellt bereitzustellen. Der bereits fertig gestellte Abschnitt ist in 3 beispielhaft mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnet. Der fertig gestellte Abschnitt 21 und der Reibring 3 werden dann in eine entsprechende Gussform eingelegt. In einem sich daran anschließenden Schritt wird ein Abschnitt 22 eingegossen, welcher einen Abschnitt der Seitenwand 17, die Nasen 16 und den Rand 15 umfasst. Eine Endbearbeitung kann dann, wie bereits vorstehend im Zusammenhang mit der ersten Möglichkeit beschrieben, erfolgen.
Wegen seiner guten Gusseigenschaften wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Topf 2 aus Aluminium gegossen. Der Reibring besteht vorzugsweise aus einem C/SiC-Verbundwerkstoff. Bei Einsatz eines Topfes 2 aus Aluminium in Kombination mit einem C/SiC-Reibring kann es zweckmäßig sein, eine naturharte Aluminiumlegierung für den Topf 2 zu verwenden. Dadurch kann ggf. eine Wärmebehandlung entfallen.
Für bestimmte Einsatzbereiche kann es von Vorteil sein, wenn ein axiales Spiel zwischen Topf 2 und Reibring 3 gezielt eingestellt werden kann. Hierzu ist es möglich, den in 4 schematisch gezeigten Winkel α der Flanken 30a, 30b des wenigstens einen ersten Stegs 7 im Bereich des Endes 12 des ersten Stegs 7 im Rahmen des Herstellungsverfahrens festzulegen. Bei einem Winkel α = 0 ist das axiale Spiel minimal. Bei vom Radius 12b abweichenden Winkeln α laufen die Flanken 30a, 30b in Richtung Topf 2 bzw. Mitte der Bremsscheibe 1 aufeinander zu und je nach Ausprägung des Winkels α stellt sich ein gewünschtes, jedoch in jedem Fall geringes axiales Spiel ein. Je größer der Winkel α, desto größer ist das sich einstellende axiale Spiel.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.

Claims

Bremsscheibe (1) für ein Fahrzeug mit einem Reibring (3), welcher eine Öffnung (13) aufweist, in die ein Topf (2) eingegossen ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (3) wenigstens einen ersten Steg (7) aufweist, welcher in die Öffnung (13) hineinragt und an welchem der Topf (2) angegossen ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf (2) einen Rand (15) aufweist, an welchem wenigstens eine Nase (16) ausgebildet ist, wobei ein Ende (12) des ersten Stegs (7) in die Nase (16) eingegossen ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (3) weiterhin zwei Ringelemente (4, 5) aufweist, welche mittels des ersten Stegs (7) an ihren Stirnseiten (8, 9) miteinander verbunden sind.
Bremsscheibe nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steg (7) wenigstens einen im Wesentlichen radialen Luftführungskanal (11) begrenzt.
Bremsscheibe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (3) mehrere zweite Stege (6) aufweist, welche die zwei Ringelemente (4, 5) an ihren Stirnseiten (8, 9) miteinander verbinden und im Wesentlichen radiale Luftführungskanäle (11) begrenzen, wobei der Reibring (3) ferner mehrere erste Stege (7) aufweist, welche in Umfangsrichtung abwechselnd mit den zweiten Stegen (6) angeordnet sind, wobei der Topf (2) lediglich an die ersten Stege (7) angegossen ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eins bis fünf, vorzugsweise drei, zweite Stege (6) zwischen zwei ersten Stegen (7) angeordnet sind.
Bremsscheibe nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf (2) gegenüberliegend dem Rand (15) einen Boden (18) mit einem Durchtritt (19) für die Radachse aufweist.
Bremsscheibe nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf (2) Aluminium und/oder dass der Reibring (3) eine Keramik, insbesondere einen C/SiC-Verbundwerkstoff, aufweist.
Bremsscheibe nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (30a, 30b) des wenigstens einen ersten Stegs (7) im Bereich des Endes (12) des ersten Stegs (7) in einem Winkel (α) zum Radius (12b) in Richtung des Topfs (2) aufeinander zulaufen.
Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe (1) für ein Fahrzeug, wobei ein Topf (2) in eine Öffnung (13) eines Reibrings (3) eingegossen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei zum Herstellen einer Bremsscheibe, deren Topf (2) Aluminium aufweist, und deren Reibring (3) einen C/SiC-Verbundwerkstoff aufweist, als Material für den Topf (2) eine naturharte Aluminiumlegierung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf (2) an einen ersten, sich in die Öffnung (13) hinein erstreckenden Steg (7) des Reibrings (3) angegossen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende (12) des ersten Stegs (7) in eine Nase (16) an einem Rand (15) des Topfes (2) eingegossen wird.