DE102010022170A1

DE102010022170A1 - Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe

Info

Publication number: DE102010022170A1
Application number: DE102010022170A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Mayer Ralph
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2011-11-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe (28) für eine Scheibenbremse eines Kraftwagens, bei welchem ein Bremsscheibentopf (32), insbesondere aus einem Metallblech, mit einem Reibring (10), insbesondere aus Grauguss, formschlüssig verbunden wird, wobei in einen Außenmantel des Bremsscheibentopfes (32) und einen Innenmantel des Reibrings (10) jeweilige Formschlusskonturen (26) eingebracht werden, wobei zumindest in den Innenmantel des Reibrings (10) tangentiale und axiale Formschlusskonturen (26) eingebracht werden, wobei zumindest die Formschlusskonturen (26) des Reibrings (10) durch ein trennendes Verfahren erzeugt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftwagens nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Bremsscheibe für Scheibenbremsen von Kraftwagen, insbesondere von Personenkraftwagen, werden zunehmend als so genannte Verbundbremsscheiben gefertigt. Derartige Bremsscheiben umfassen einen Bremsscheibentopf aus einem dünnwandigen Metallblech, meist einem Leichtmetallblech, sowie einen Reibring, der üblicherweise aus Grauguss gefertigt ist. Derartige Verbundbremsscheiben sind besonders leicht und weisen dennoch gute tribologische Eigenschaften auf. Dies wird erreicht, indem lediglich der tribologisch beanspruchte Teil, nämlich der Reibring selbst, aus dem tribologisch und thermisch belastbaren, dabei jedoch schweren Grauguss gefertigt wird. Der Bremsscheibentopf, also die Nabe der Bremsscheibe, unterliegt im Betrieb keinen derartigen Belastungen und kann daher aus wesentlich leichteren und dünnwandigeren Materialien gebaut werden.
Bei solchen Verbundbremsscheiben müssen Reibring und Bremsscheibentopf auf eine Art und Weise gefügt werden, die sowohl den im Betrieb auftretenden tangential wirkenden Momenten gerecht wird, als auch eine axiale Sicherung gegen Verschiebungen gewährleistet. Es ist bekannt, hierzu formschlüssige Verbindungen, insbesondere Zahnwellenprofile in Form von Steckverzahnungen, anzuwenden. Solche formschlüssigen Verbindungen gewährleisten eine gute Momentenübertragung von tangential wirkenden Momenten im Fahrbetrieb, sind jedoch nicht gegen axiale Verschiebungen gesichert. Hierzu müssen oft zusätzliche Sprengringe, Bolzen oder dergleichen Anwendung finden, was eine solche Bremsscheibe aufwendig in ihrer Konstruktion macht.
Aus der DE 198 30 666 B4 ist eine Bremsscheibe bekannt, die einen Bremsscheibentopf aus Blech sowie einen Reibring aus Keramik aufweist. Bremsscheibentopf und Reibring werden formschlüssig verbunden, wobei der Innenmantel des Reibrings nicht nur tangential, sondern auch axial wirkende Formschlusselemente aufweist. Diese Formschlusselemente werden nach Lehre der DE 198 30 666 B4 bereits bei der Ausformung des keramischen Reibringes in diesen eingebracht. Insbesondere ist vorgesehen, den Reibring als Grünling mit dem gewünschten Profil zu versehen. Der Bremsscheibentopf wird in der Folge durch Umformen, beispielsweise durch Innenhochdruckumformung an die Kontur des Reibrings angepasst. Dies ermöglicht eine gleichzeitige tangentiale und axiale Sicherung des Reibrings gegeben dem Bremsscheibentopf.
Durch die Einbringung der Konturen in den Reibring während des Formens des keramischen Grundkörpers sind jedoch nur relativ grobe Konturen ausbildbar. Gleichzeitig sind Konturen von Bremsscheibentopf und Reibring durch das Innenhochdruckumformen bei einem derartigen Herstellungsverfahren zwangsläufig bereits im kraftlosen Zustand komplementär. Es kann jedoch von Vorteil sein, Konturabweichungen zwischen den beiden Konturen vorzusehen, so dass sich die beiden Formschlusskonturen von Bremsscheibentopf und Reibring erst unter Betriebsbelastung in die gewünschte Geometrie verformt. Dies ist mit dem aus der DE 198 30 666 B4 bekannten Verfahren nicht möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, welches die einfache Herstellung eines besonders betriebsfesten Bremsscheibe für eine Scheibenbremse ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei einem solchen Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftwagens wird ein Bremsscheibentopf, insbesondere aus einem Metallblech, mit einem Reibring, insbesondere aus einem Grauguss, formschlüssig verbunden. Hierzu werden in einen Außenmantel des Bremsscheibentopfes und einen Innenmantel des Reibrings jeweiligen Formschlusskonturen eingebracht. Es handelt sich also um eine Wellen-Nabe-Verbindung, die vorzugsweise nach Art eines Zahnwellenprofils ausgeführt wird. Um eine tangentiale und axiale Sicherung zwischen Bremsscheibentopf und Reibring sicherzustellen, werden zumindest in den Innenmantel des Reibrings tangentiale und axiale Formschlusskonturen eingebracht.
Erfindungsgemäße ist vorgesehen, dass zumindest die Formschlusskonturen des Reibrings durch ein trennendes Verfahrens erzeugt werden. Im Gegensatz zum aus dem Stand der Technik bekannten Formen der Konturen beim Urformen des Reibrings lassen sich so vielfältigere, präzisere und die Betriebsbelastung der Bremsscheibe besser angepasste Formschlusselemente gestalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die formschlüssigen Konturen des Reibrings durch Wälzschälen erzeugt. Im Gegensatz zu anderen aus der Bremsscheibenstellung bekannten trennenden Verfahren ermöglicht das Wälzschälen die gleichzeitige Erzeugung von tangentialen und axialen Formschlusskonturen mittels eines Werkzeugs mit geometrisch bestimmter Schneide. Hierdurch lassen sich vielfältigere Konturen erzeugen, als beispielsweise beim Räumen, bei welchem lediglich tangential wirkende Formschlusselemente in einem Innenmantel erzeugt werden können. Durch das Wälzschälen können beispielsweise Balligkeiten der Zähne einer Verzahnung realisiert werden, sowie beliebig, radial, veränderliche Versätze gegenüber dem Fügedurchmesser, während der Bearbeitung in Axialrichtung, eingebracht werden.
Als alternative zum Wälzschälen können auch elektrische Abtragsverfahren wie das Senkerodieren und das elektrochemische Erodieren Anwendung finden. Diese Verfahren sind besonders materialschonend und präzise, so dass sehr genau definierte und dauerhaltbare Formschlusskonturen erzeugt werden können.
Vorzugsweise werden die Formschlusskonturen des Reibrings als Steckverzahnung mit radialveränderlichen Versätzen in Axialrichtung erzeugt. Eine derartige Steckverzahnung ist sowohl gegenüber tangential wirkenden Momenten im Rahmen der normalen Betriebsbelastung, beispielsweise bei Bremsbetätigung, als auch gegenüber axialer Verschiebung besonders gut haltbar.
Die Formschlusskonturen des Bremsscheibentopfes werden hingegen vorzugsweise durch Tiefziehen, Rollierwalzen oder dergleichen erzeugt. Es ist dabei nicht nötig, im Bremsscheibentopf selbst axial wirksame Formschlusskonturen einzubringen. Es ist im Gegenteil vielmehr vorteilhaft, wenn im unbelasteten Zustand die Konturen von Bremsscheibentopf und Reibring nicht komplementär zueinander sind, sondern diese Komplementrarität erst unter Betriebsbelastung, bzw. nach einem Einpressen des Bremsscheibentopfes in den Reibring zustande kommt. Hierdurch lassen sich die Flächenpressungen zwischen Bremsscheibentopf und Reibring gerade bei dünnwandigen Bremsscheibentöpfen homogenisieren, dass sich ein besseres Tragbild bei gleichzeitig sehr sichererer Bindung ergibt.
Im folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Reibrings für einen nach einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Bremsscheibe;
2A und B zwei Schnittdarstellungen durch mit einer Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Bremsscheibe; und
3 die Bearbeitung der Innenverzahnung eines Reibrings durch Wälzschälen während der Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt einen Reibring 10 für eine Verbundbremsscheibe. Der Reibring ist das als innenbelüfteter Reibring ausgeführt und weist zwei Reibringhälften 12, 14 auf, die über Stege 16 miteinander verbunden sind. Zwischen den Stegen 16 sind Belüftungskanäle 18 ausgeprägt, die über Durchgangsöffnungen 20 mit den Oberflächen 22, 24 der Reibringhälften 12, 14 verbunden sind, so dass der Reibring 10 im Betrieb von Luft durchströmt und dadurch gekühlt wird. An seiner inneren Mantelfläche 26 weist der Reibring 10 ein Zahnprofil auf, mittels welchem er formschlüssig mit einem Bremsscheibentopf verbunden werden kann.
Wie in den Schnittdarstellung durch die vollständigen Bremsscheiben 28 in 2A und B erkennbar, weist das Zahnprofil 26 nicht nur tangential wirkende Formschlusselemente in Form der Zähne 30 auf, zwischen Reibring 10 und Bremsscheibentopf 32 existiert vielmehr zusätzlich ein axiales Formschlusselement in Form einer Wellenkontur der Zahnflanken und/oder der Zahnköpfe der Zähne 30 der Verzahnung 26. Neben der Kraftübertragung in tangentialer Richtung, die die Momentenübertragung zwischen Reibring 10 und Bremsscheibentopf 32 ermöglicht, ist somit gleichzeitig eine Axialsicherung gegen Verschiebung von Reibring 10 und Bremsscheibentopf 32 gegeneinander vorgesehen, ohne das zusätzliche Sicherungselemente wie Bolzen und Sprengringe notwendig sind.
Zur Herstellung eines derartigen Profils dient vorzugsweise das Wälzschälen. Die Bearbeitung eines Reibrings 10 durch Wälzschälen ist in 3 dargestellt. Beim Wälzschälen handelt es sich um ein spanendes Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide, welches ursprünglich aus der Verzahntechnik stammt und zu den kontinuierlich wälzenden Verfahren zählt. Die gewünschte Kontur wird durch einen rotierenden Werkzeugkopf 34 mit zahnförmigen Schneiden 36 erzeugt. Bedeutsam ist hierbei, dass die Achse 38, um welche der Werkzeugkopf 34 rotiert windschief zur Achse 40 zu bearbeitenden Reibrings 10 steht. Durch die windschiefe Achsanordnung entsteht eine Relativgeschwindigkeit zwischen Werkzeug 34 und Werkstück 10. Gleichzeitig wird das Werkzeug 34 in Richtung des Pfeils 42 vorgeschoben, um die gesamte Breite der Verzahnung 26 des Reibrings 10 bearbeiten zu können. Durch das Wälzschälen können Verzahnungen mit axial unterschiedlichen radialen Versatz erzeugt werden. Dabei kann es sich um eine einfache Balligkeit der Zahnflanken der Zähne 30 handeln, es sind jedoch auch komplexere axiale Formschlusskonturen erzeugbar.
Die Formschlusskontur des mit dem Reibring 10 zu fügenden Bremsscheibentopfes 32 kann dagegen auf bekannte Weise durch Tiefziehen, Walzen oder dergleichen erzeugt werden. Die Konturen müssen dabei im ungefügten Zustand nicht notwendig komplementär sein. Hierdurch lässt sich die Formschlussgeometrie genau an die Betriebsbelastungen der Bremsscheibe 28 anpassen. So lässt sich ein besseres Tragbild durch homogenere Flächenpressung zwischen Bremsscheibentopf 32 und Reibring 10 erzielen.
Bezugszeichenliste

10: Reibring
12: Reibringhälfte
14: Reibringhälfte
16: Stege
18: Belüftungskanäle
20: Durchgangsöffnung
22: Oberfläche
24: Oberfläche
26: Mantelfläche
28: Bremsscheiben
30: Zähne
32: Bremsscheibentopf
34: Werkzeugkopf
36: Schneiden
38: Achse
40: Achse
42: Pfeil

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

DE 19830666 B4 [0004, 0005]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe (28) für eine Scheibenbremse eines Kraftwagens, bei welchem ein Bremsscheibentopf (32), insbesondere aus einem Metallblech, mit einem Reibring (10), insbesondere aus Grauguss, formschlüssig verbunden wird, wobei in einen Außenmantel des Bremsscheibentopfes (32) und einen Innenmantel des Reibrings (10) jeweilige Formschlusskonturen (26) eingebracht werden, wobei zumindest in den Innenmantel des Reibrings (10) tangentiale und axiale Formschlusskonturen (26) eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Formschlusskonturen (26) des Reibrings (10) durch ein trennendes Verfahren erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusskonturen (26) des Reibrings (10) durch Wälzschälen erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusskonturen (26) des Reibrings (10) durch elektrischen Abtrag, insbesondere durch Senkerodieren oder elektrochemisches Erodieren, erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusskonturen (26) des Reibrings (10) als Steckverzahnung mit radial veränderlichem Versatz in Axialrichtung erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusskonturen (26) des Bremsscheibentopfes (32) durch Tiefziehen, Rollierwalzen oder dgl. erzeugt werden.