DE102009017234A1

DE102009017234A1 - Kraftfahrzeug-Bremsscheibentopf

Info

Publication number: DE102009017234A1
Application number: DE200910017234
Authority: DE
Inventors: Kordian Kokott; Tabea Nillert; Ulrich Kuhn
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2010-10-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bremsscheibentopf für eine Kraftfahrzeug-Scheibenbremse mit einer Einrichtung zur zentrierten Befestigung der Bremsscheibe und mit einer Einrichtung zur Kühlluftführung in radialer Richtung zur Bremsscheibe hin, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf an seinem Umfang Ausnehmungen besitzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bremsscheibentopf für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Der Aufbau eines konventionellen Rades und dessen Lagerung besteht aus den Bauteilen Radlager, Radnabe mit Radmontageflansch und Felge mit Reifen. Die Felge wird mit Radschrauben am Radmontageflansch befestigt, wobei die Bremsscheibe über einen Bremsscheibentopf zwischen Felge und Radmontageflansch geklemmt wird. Eine solche Radlageranordnung beschreibt die DE 101 32 429 A1 . Der maximale Bremsscheiben-Reibradius wird hier von der Maßkette, innerer Felgenradius – Höhe der Bremssattelbrücke – halbe Belaghöhe, bestimmt. Bei leistungsstarken Fahrzeugen ist es daher oft erforderlich eine größere Felge einzusetzen um die notwendige Bremsscheibengröße unterzubringen.
Des Weiteren sind bereits Verbundbremsscheiben bekannt, mit Reibringen aus Grauguss, verbunden mit einem Bremsscheibentopf aus Leichtmetall. Die DE 100 24 819 A1 beschreibt unter anderem sog. gebaute Bremsscheiben, bei denen Reibring und Topf über seperate Elemente, wie Stifte, Schrauben etc. zusammengefügt sind. Der Bremsscheibentopf weist dabei einen Boden und eine umlaufende Wand auf und ist aus einer Aluminiumlegierung gefertigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Radbaugruppe mit Einscheibenbremse für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die einen Bremsscheibentopf besitzt, der gewichtsgarend gestaltet ist und die Kühlung der Bremsscheibe unterstützt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach der Erfindung ist ein Bremsscheibentopf für eine Scheibenbremse mit einer Einrichtung zur zentrierten Befestigung der Bremsscheibe und mit einer Einrichtung zur Kühlluftführung in radialer Richtung zur Bremsscheibe hin, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf an seinem Umfang Ausnehmungen besitzt.
Ein als Fachwerk gestalteter Bremsscheibentopf hat den Vorteil, dass Kühlluft, in radialer Richtung, aus dem Bremsscheibentopf heraus, an der Bremscheibe entlang fließen kann, was zu einer effektiven Kühlung der Bremsscheibe und des Bremssattels beiträgt. Außerdem ist der Bremsscheibentopf so leicht und filigran gestaltbar, was große Gewichtsvorteile mit sich bringt, ohne dass Abstriche in Bezug auf die Gestaltfestigkeit hinzunehmen sind.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Bremsscheibentopf dadurch gekennzeichnet, dass dieser sich, von der Bremsscheibe aus gesehen, im wesentlichen in eine Richtung erstreckt. Die Fachwerkrippen oder Stege können dabei senkrecht zum Innendurchmesser des Bremsscheibentopfes verlaufen oder angeschrägt sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Bremsscheibe über von ihrem Innendurchmesser nach innen gerichtete, insbesondere sechs bis zehn, Zentrier- und/oder Befestigungsfortsätze, in axialer Richtung stirnseitig von einer Seite an den Bremsscheibentopf herangeführt und auf Zentrieransätze des Bremsscheibentopfs aufgesetzt, an diesem, mittels in axialer Richtung verlaufenden Befestigungsmitteln, insbesondere Schrauben und/oder Nieten, festgelegt. Sind Bremsscheibe und Bremsscheibentopf voneinander trennbare Teile, so ist die Fertigung jedes Teils einfach und preiswert. Außerdem ist ein Austausch der Bremsscheiben möglich, ohne die ganze Radbaugruppe demontieren zu müssen. Vorteilhaft ist dabei, wenn der Bremsscheibentopf die Bremsscheibe in radialer und axialer Richtung zentriert. Wird die Anbindung dabei in Richtung der Reibringe verlegt, statt auf dem Außendurchmesser des Bremsscheibentopfes in axialer Richtung angeordnet, kann dadurch noch mehr Gewicht eingespart werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Bremsscheibentopf eine dessen Umfang und dessen Ausnehmungen bildende Zarge, die aus einem im wesentlichen V-förmig, insbesondere in Mäanderform, verlaufenden Profil gleichen oder unterschiedlichen Querschnitts besteht. Dadurch kann konstruktiv ein besonders leichter Bremsscheibentopf gestaltet werden, bei gleichzeitigem vorteilhaftem Spannungsverlauf im Profil der Zarge. Des Weiteren wird der thermische Axialverzug, die Schirmung, dadurch vermindert, dass der Reibring fingerartig über die Befestigungsfortsätze angebunden ist und somit der Bremsscheibentopf Verformungen im Reibring aufnehmen und denen nachgeben kann. Auch eine preiswerte Herstellung, zum Beispiel im Druckgussverfahren ohne Hinterschnitte in der Form, wird ermöglicht.
Vorteilhafterweise kann das Zargenprofil mindestens durch eine, sich in radialer Richtung erstreckende, Topfscheibe versteift werden. Wobei dann das Zargenprofil und/oder die Topfscheibe aus einer Leichtmetalllegierung bestehen und beide vorteilhafterweise zusammen in einem Arbeitsgang gegossen werden können. Das Gewicht wird dadurch enorm reduziert im Vergleich zum Werkstoff Grauguss und außerdem zusätzlich durch die Leichtbauweise des Topfes im Vergleich zum Vollmanteltopf. Zur belastungsgerechten Gestaltung können Übergangsbereiche von Zarge zu Topfscheibe mindestens teilweise durch Materialanhäufung verstärkt sein.
Besonders einfach bei der Bremsscheibenmontage ist eine Ausführungsform der Erfindung, wenn an dem in axialer Richtung außen liegenden Zargenprofil, insbesondere an den Spitzen des V-Grunds, außenseitig, auf der einen Seite die Bremsscheibenzentriereinrichtung und/oder die Bremsscheibenbefestigungseinrichtung und auf der anderen Seite die Topfscheibe ausgebildet ist.
Während eine weitere vorteilhafte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet ist, dass die Rippen der Zarge im Bereich der Ausnehmungen ein Querschnittsprofil aufweisen, das dazu geeignet ist, durch seine Drehung Luft aus dem Bremsscheibentopf heraus in radialer Richtung nach außen durch die Ausnehmungen hindurch an der Bremsscheibe entlang oder in die Bremsscheibe hinein zu fördern. So wird die Bremsscheibe aktiv mit Luft zur Kühlung versorgt, was diese besonders bei langsamer Bergabfahrt besser kühlt.
Besonders vorteilhaft wirkt sich die Gestaltung auf die Luftförderung aus, wenn die Rippen der Zarge im Bereich der Ausnehmungen ein Querschnittsprofil aufweisen, das einen spitzen Winkel besitzt, dessen Scheitelpunkt, in Drehrichtung des Bremsscheibentopfes gesehen, aufgrund der an den Querschnittsecken verwendeten Radien, vor dem Querschnittsprofil, insbesondere auf einer Tangente an den Bremsscheibentopf-Innendurchmesser, liegt und dessen Schenkel, vom Scheitelpunkt aus gesehen, von der Drehrichtung des Bremsscheibentopfes weggerichtet verlaufen. Wenn das Querschnittsprofil der Rippen im wesentlichen einem Parallelogramm entspricht, mit in Drehrichtung des Bremsscheibentopfes vorne, insbesondere im wesentlichen auf dem Innendurchmesser des Bremsscheibentopfes, liegendem Scheitelpunkt seines unteren spitzen Eckwinkels, ist die Gestal tung gießtechnisch einfach auszuführen. Dazu ist es noch notwendig, dass die Rippen der Zarge im Bereich der Ausnehmungen ein Querschnittsprofil aufweisen, das abgerundete Ecken, insbesondere ausgebildet als Gußradien, besitzt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Erfindungswesentlich können sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein. Es zeigen:
1: einen erfindungsgemäßen Bremsscheibentopf mit einer Einzelbremsscheibe in räumlicher Darstellung,
2: den erfindungsgemäßen Bremsscheibentopf aus 1 mit demontierter Bremsscheibe in 2 Ansichten in räumlicher Darstellung und
3: einen Teilquerschnitt durch die Zarge im Bereich einzelner Rippen des Bremsscheibentopfes zur Darstellung der Kühlluftströmung.
Der in 1 dargestellte Bremsscheibentopf 1 ist einer nicht gezeichneten, um eine mittig verlaufende, nicht gezeichnete Achse drehantreibbaren Radnabe zugeordnet. Er ist in Anlehnung an ein Fachwerk gestaltet. Die Form dient vorrangig der Belüftung einer Bremsscheibe 2 und eines nicht gezeichneten Bremssattels mittels Durchströmung des Raums seitlich der stirnseitig an dem Bremsscheibentopf 1 befestigten Bremsscheibe 2 oder mittels Durchströmung des Raums in der Bremsscheibe 2. Dadurch soll ausreichend sichergestellt sein, die Temperaturen im Bereich der Bremsscheibe 2 möglichst gering zu halten und insbesondere den nicht gezeichneten Bremssattel zu kühlen.
Die Ausnehmungen 10 im Bremsscheibentopf 1 und die Verbindungsgeometrien zu der Bremsscheibe 2 sind derart gestaltet, dass keinerlei Hinterschnitte vorhanden sind und somit der Bremsscheibentopf 1 einfach durch zwei entsprechende Formhälften gießtechnisch hergestellt werden kann. Außerdem sind die spannungskritischen Ecken so geformt, dass die durch die Belastung durch das Bremsmoment auftretenden Spannungen im Werkstoff weitestgehend minimiert sind. Des Weiteren zeichnet sich diese Leichtbau konstruktion durch Gestaltfestigkeit, bedingt durch die Fachwerkkonstruktion in Skelettbauweise, und durch eine enorme Gewichtsreduktion von rund 50% im Vergleich zu einem üblichen Vollmanteltopf aus, was zudem Materialkosten spart.
Die Anbindung der Bremsscheibe 2 ist durch Nieten 3 realisiert, sie kann aber auch durch eine Verschraubung oder formschlüssige Verbindungen gestaltet werden.
Die Bremsscheibe 2 wird über acht von ihrem Innendurchmesser nach innen gerichtete Zentrier- und Befestigungsfortsätze 13, in axialer Richtung, stirnseitig von einer Seite an den Bremsscheibentopf 1 herangeführt und auf die Zentrieransätze 11 des Bremsscheibentopfs 1 aufgesetzt, an diesem, mittels in axialer Richtung verlaufenden Nieten 3 befestigt. Der Bremsscheibentopf 1 zentriert die Bremsscheibe 2 in radialer und axialer Richtung.
Die 2 zeigt den Bremsscheibentopf 1 für eine Einzel-Scheibenbremse in zwei räumlichen Ansichten mit der Einrichtung zur Kühlluftführung in radialer Richtung an der Bremsscheibe 2 (1) entlang. Dazu besitzt der Bremsscheibentopf 1 eine dessen Umfang und dessen Ausnehmungen 10 bildende Zarge 15, die aus einem im wesentlichen V-förmig verlaufenden Profil unterschiedlichen Querschnitts besteht. Das V-förmige Profil der Zarge 15 erstreckt sich von der Bremsscheibe 2 axial in einer Richtung in Mäanderform und ist durch eine, sich in radialer Richtung erstreckende, Topfscheibe 17 versteift. An dem in axialer Richtung außen liegenden Profil der Zarge 15, an den Spitzen 16 des V-Grunds einer Seite, ist außenseitig die Bremsscheibenzentrier- und -befestigungseinrichtung ausgebildet. An den Spitzen des V-Grunds 16a der anderen Seite liegt die Topfscheibe 17. Das Profil der Zarge 15 und die Topfscheibe 17 sind aus einer Leichtmetalllegierung im Druckgussverfahren hergestellt. Dabei können die Übergangsbereiche von Zarge 15 zu Topfscheibe 17 auch durch Materialanhäufung verstärkt sein.
Die Einrichtung zur Kühlluftführung an der Zarge 15 wird durch deren Querschnittsprofil verwirklicht. Wie 3 zeigt, weisen dazu die Rippen 19 der Zarge 15 im Bereich der Ausnehmungen 10 ein Querschnittsprofil auf, das geeignet ist, durch seine Drehung (Drehrichtung 6) Luft aus dem Bremsscheibentopf 1 heraus in radialer Richtung nach außen (Strömungspfeile 7) durch die Ausnehmungen 10 hindurch entlang der und in die Bremsscheibe 2 (1) hinein zu fördern. Das Querschnittsprofil besitzt einen spitzen Winkel 5, dessen Scheitelpunkt 20, in Drehrichtung 6 des Bremsscheibentopfes 1 gesehen, aufgrund der an den Querschnittsecken verwendeten Radien 21, vor dem Querschnittsprofil auf einer Tangente 9 an den Bremsscheibentopf-Innendurchmesser, Pfeil 22, liegt und dessen Schenkel 23, 24, vom Scheitelpunkt 20 aus gesehen, entgegengesetzt zur Drehrichtung 6 des Bremsscheibentopfes 1 verlaufen. Die Rippen 19 der Zarge 15 weisen im Bereich der Ausnehmungen 10 so ein Querschnittsprofil auf, das im wesentlichen einem Parallelogramm entspricht, mit in Drehrichtung 6 des Bremsscheibentopfes 1 vorne, im wesentlichen auf dem Innendurchmesser, Pfeil 22, des Bremsscheibentopfes 1, liegendem Scheitelpunkt 20 seines unteren spitzen Eckwinkels 5.
Die Rippen 19 sind in einem Winkel 5 von ca. 45° zur Tangente an den inneren Bremsscheibentopfdurchmesser, Pfeil 22, angeschrägt. Dadurch wird das Einströmen der Kühlluft, Pfeile 7, von der Bremsscheibentopfinnenseite bei der Drehrichtung (Pfeil 6), die dem vorwärts Fahren entspricht, begünstigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10132429 A1 [0002]
- DE 10024819 A1 [0003]

Claims

Bremsscheibentopf (1) für eine Scheibenbremse mit einer Einrichtung zur zentrierten Befestigung der Bremsscheibe (2) und mit einer Einrichtung zur Kühlluftführung in radialer Richtung zur Bremsscheibe (2) hin, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf (1) an seinem Umfang Ausnehmungen (10) besitzt.
Bremsscheibentopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser sich, von der Bremsscheibe (2) aus gesehen, im wesentlichen in eine Richtung erstreckt.
Bremsscheibentopf (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (2) über von ihrem Innendurchmesser nach innen gerichtete, insbesondere sechs bis zehn, Zentrier- und/oder Befestigungsfortsätze (13), in axialer Richtung stirnseitig von einer Seite an den Bremsscheibentopf (1) herangeführt und auf Zentrieransätze (11) des Bremsscheibentopfs (1) aufgesetzt, an diesem, mittels in axialer Richtung verlaufenden Befestigungsmitteln, insbesondere Schrauben und/oder Nieten (3), festgelegt ist.
Bremsscheibentopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf (1) die Bremsscheibe (2) in radialer und axialer Richtung zentriert.
Bremsscheibentopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine dessen Umfang und dessen Ausnehmungen (10) bildende Zarge (15) besitzt, die aus einem im wesentlichen V-förmig, insbesondere in Mäanderform, verlaufenden Profil gleichen oder unterschiedlichen Querschnitts besteht.
Bremsscheibentopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der Zarge (15) mindestens durch eine, sich in radialer Richtung erstreckende, Topfscheibe (17) versteift ist.
Bremsscheibentopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem in axialer Richtung außen liegenden Zargenprofil, insbesondere an den Spitzen (16, 16a) des V-Grunds, außenseitig, auf der einen Seite die Bremsscheibenzentriereinrichtung und/oder die Bremsscheibenbefestigungseinrichtung und auf der anderen Seite die Topfscheibe (17) ausgebildet ist.
Bremsscheibentopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zarge (15) und/oder die Topfscheibe (17) aus einer Leichtmetalllegierung bestehen.
Bremsscheibentopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zarge (15) und/oder die Topfscheibe (17) durch Gießen hergestellt sind.
Bremsscheibentopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Übergangsbereiche von Zarge (15) zu Topfscheibe (17) mindestens teilweise durch Materialanhäufung verstärkt sind.
Bremsscheibentopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (19) der Zarge (15) im Bereich der Ausnehmungen (10) ein Querschnittsprofil aufweisen, das dazu geeignet ist, durch seine Drehung Luft aus dem Bremsscheibentopf (1) heraus in radialer Richtung nach außen durch die Ausnehmungen (10) hindurch an der Bremsscheibe (2) entlang oder in die Bremsscheibe (2) hinein zu fördern.
Bremsscheibentopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (19) der Zarge (15) im Bereich der Ausnehmungen (10) ein Querschnittsprofil aufweisen, das einen spitzen Winkel (5) besitzt, dessen Scheitelpunkt (20), in Drehrichtung (6) des Bremsscheibentopfes (1) gesehen, aufgrund der an den Querschnittsecken verwendeten Radien (21), vor dem Querschnittsprofil, insbesondere auf einer Tangente (9) an den Bremsscheibentopf-Innendurchmesser (Pfeil 22), liegt und dessen Schenkel (23, 24), vom Scheitelpunkt (20) aus gesehen, von der Drehrichtung (6) des Bremsscheibentopfes (1) weggerichtet verlaufen.
Bremsscheibentopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (19) der Zarge (15) im Bereich der Ausnehmungen (10) ein Querschnittsprofil aufweisen, das im wesentlichen einem Parallelogramm entspricht, mit in Drehrichtung (6) des Bremsscheibentopfes (1) vorne, insbesondere im wesentlichen auf dem Innendurchmesser (Pfeil 22) des Bremsscheibentopfes (1), liegendem Scheitelpunkt (20) seines unteren spitzen Eckwinkels (5).
Bremsscheibentopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (19) der Zarge (15) im Bereich der Ausnehmungen (10) ein Querschnittsprofil aufweisen, das abgerundete Ecken, insbesondere ausgebildet als Gußradien (21), besitzt.