DE102011101432B4

DE102011101432B4 - brake disc

Info

Publication number: DE102011101432B4
Application number: DE102011101432.6A
Authority: DE
Inventors: Olaf Andersen; Thomas Studnitzky; Günther Stephani; Ralph Mayer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Daimler AG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2031-05-11
Also published as: DE102011101432A1

Abstract

Bremsscheibe mit einem innenliegenden Reibring und einem außenliegenden Reibring, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem innenliegenden Reibring (2) und dem außenliegenden Reibring (3) mindestens ein, als offenzellige dreidimensionale Drahtstruktur mit einer Porosität des/der Drahtstrukturelemente(s) (1) zwischen 70 und 95% in Form eines Gewirks, Gewebes oder Geflechts ausgebildeten Drahtstrukturelements (1) angeordnet ist, das mit mindestens einem der Reibringe (2 und/oder 3) stoff- und/oder formschlüssig verbunden ist.Brake disc with an internal friction ring and an external friction ring, characterized in that between the inner friction ring (2) and the outer friction ring (3) at least one, as open-cell three-dimensional wire structure with a porosity of the / the wire structure elements (s) (1) between 70 and 95% in the form of a knitted, woven or braided wire structure element (1) is arranged, which is material and / or positively connected to at least one of the friction rings (2 and / or 3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe, die bevorzugt für Kraftfahrzeuge aber auch für Schienenfahrzeuge eingesetzt werden kann.The invention relates to a brake disc, which can be used preferably for motor vehicles but also for rail vehicles.

Bremsscheiben bilden den radseitigen Teil von Scheibenbremssystemen in Fahrzeugen. Solche Bremsscheiben sind häufig mehrschichtig ausgeführt und werden als innenbelüftete Bremsen bezeichnet, wobei ein innerer und ein äußerer Reibring in tribologischen Kontakt mit den Bremsbelägen der Bremssättel gebracht werden können. Zwischen den Reibringen befindet sich häufig eine Zwischenschicht, die nach dem gängigen Stand der Technik mit Luftkanälen oder mit Rippen ausgestattet ist, um eine bessere Wärmeabfuhr beim Bremsvorgang zu ermöglichen. Ein so genannter Bremsscheibentopf überträgt dabei das beim Bremsvorgang erzeugte Drehmoment auf die jeweilige Achse des Fahrzeugs. Ein exemplarisches Beispiel für eine Bremsscheibe nach dem momentanen Stand der Technik ist der DE 10 2004 056 645 A1 zu entnehmen.Brake discs form the wheel-side part of disc brake systems in vehicles. Such discs are often made of multi-layered and are referred to as ventilated brakes, with an inner and an outer friction ring can be brought into tribological contact with the brake pads of the brake calipers. Between the friction rings is often an intermediate layer, which is equipped in the current state of the art with air ducts or ribs to allow better heat dissipation during braking. A so-called brake disk pot transmits the torque generated during the braking process to the respective axle of the vehicle. An exemplary example of a brake disc according to the current state of the art is the DE 10 2004 056 645 A1 refer to.

Solche Bremsscheiben unterliegen sowohl hohen mechanischen Beanspruchungen, insbesondere im Hinblick auf Materialspannungen durch die hohen Rotationsgeschwindigkeiten im Fahrbetrieb, als auch hoher thermischer Belastung durch die Reibungswärme beim Bremsvorgang. Um den daraus resultierenden Ansprüchen an die verwendeten Werkstoffe gerecht zu werden, werden Bremsscheiben in der Regel als Gussbauteile aus Grauguss ausgeführt. Dadurch werden sowohl eine hohe Wärmekapazität, eine gute Wärmeleitfähigkeit, als auch ausreichende Reibwerte der Reibringe sichergestellt. Die hohe Dichte von Grauguss bedingt jedoch nachteilig eine hohe Bauteilmasse, was insbesondere kritisch ist, da die Bremsscheiben ungefederte Massen an Fahrzeugen sind.Such brake discs are subject to both high mechanical stresses, in particular with regard to material stresses due to the high rotational speeds during driving, as well as high thermal stress by the frictional heat during braking. To meet the resulting demands on the materials used, brake discs are usually designed as cast components made of gray cast iron. As a result, both a high heat capacity, a good thermal conductivity, as well as sufficient friction coefficients of the friction rings are ensured. The high density of gray cast iron, however, disadvantageously requires a high component mass, which is particularly critical because the brake discs are unsprung masses of vehicles.

Um diesen Problemen Rechnung zu tragen, wurde in DE 10 2008 011 842 A1 vorgeschlagen, zwischen zwei Reibringen einer Bremsscheibe eine Zwischenschicht, die als Metallschaumkörper ausgeführt ist, vorzusehen. Damit soll sowohl die Masse reduziert, wie auch die Abfuhr der Wärme bei Bremsvorgängen verbessert werden. Außerdem soll die Schwingungsdämpfung mittels einer solchen Zwischenschicht verbessert werden. Gemäß der darin beschriebenen technischen Lehre sollen offen- oder geschlossenporige Metallschäume eingesetzt werden können.To cope with these problems, was in DE 10 2008 011 842 A1 proposed to provide between two friction rings of a brake disc, an intermediate layer, which is designed as a metal foam body. This should both reduce the mass, as well as the dissipation of heat during braking can be improved. In addition, the vibration damping should be improved by means of such an intermediate layer. According to the technical teaching described therein open or closed-cell metal foams can be used.

Die Befestigung an den Reibringen soll mit Hilfe von Verbindungselementen in Form von Rippen oder Stegen erfolgen, wodurch aber die Masse der Bremsscheibe erhöht wird.The attachment to the friction rings should be done by means of connecting elements in the form of ribs or webs, which, however, the mass of the brake disc is increased.

Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr sollen Kühlkanäle zusätzlich eingebracht werden.To improve the heat dissipation cooling channels should be additionally introduced.

In jedem Fall ist es bei den metallischen Schäumen aber nachteilig, dass die ausgebildeten Poren und die Wände der Poren sowie die Stege mit den Porenwände miteinander verbunden sind, nur in begrenztem Maß homogen über das gesamte Volumen bei der Herstellung ausgebildet werden können. Dadurch sind die erreichbaren mechanischen und thermischen Eigenschaften über das gesamte Volumen nicht konstant. Bevorzugte Richtungen in denen mechanische und thermische Eigenschaften besser, als in eine andere, insbesondere senkrecht dazu ausgerichtete Achsrichtung, sind nicht herstellbar.In any case, it is disadvantageous in the case of metallic foams that the formed pores and the walls of the pores as well as the webs with the pore walls are connected to each other, can be formed only to a limited extent homogeneously over the entire volume during production. As a result, the achievable mechanical and thermal properties over the entire volume are not constant. Preferred directions in which mechanical and thermal properties better than in another, in particular perpendicular thereto aligned axial direction can not be produced.

Bei einer mechanischen Nachbearbeitung kommt es an den Kanten zu einem Abbruch, der zu undefinierten Randgeometrien führt. Randbereiche sind außerdem gegenüber mechanischem Angriff empfindlich. So kann es zu Beschädigungen kommen, wenn ein Fremdkörper mit entsprechender Masse und Geschwindigkeit während der Fahrt auf einen die Zwischenschicht bildenden Schaumkörper auftrifft.Mechanical post-processing causes a break at the edges, leading to undefined edge geometries. Edge areas are also sensitive to mechanical attack. Thus, damage can occur if a foreign body with the appropriate mass and speed impinges on the intermediate layer forming foam body while driving.

Für eine gute Wärmeleitung und eine ausreichende mechanische Festigkeit, insbesondere Druck- und Zugfestigkeit müssen bei der Auswahl des jeweiligen Metallschaums Kompromisse gemacht werden. Demzufolge ist auch bei Einsatz offenporiger Metallschäume die Oberfläche, die unmittelbar von Luft zur Kühlung angeströmt werden kann, limitiert, wodurch die Wärmeabfuhr verschlechtert ist. Außerdem sind der Aufwand und die Kosten für die Herstellung von Metallschäumen hoch.For a good heat conduction and a sufficient mechanical strength, in particular compressive and tensile strength compromises must be made in the selection of the respective metal foam. Accordingly, even when using open-pore metal foams, the surface that can be directly flowed by air for cooling, limited, whereby the heat dissipation is deteriorated. In addition, the cost and cost of producing metal foams are high.

Außerdem ist aus DE 103 52 327 A1 ein Verbund einer Bremsscheibe mit Nabe bekannt. Dabei soll ein Verbundelement, das als Ring mit mehreren Abschnitten, die Zapfen und Stege bilden, ausgebildet ist, eingesetzt werden.Besides, it is off DE 103 52 327 A1 a composite brake disc with hub known. In this case, a composite element which is formed as a ring with a plurality of sections which form pins and webs is to be used.

Die DE 693 05 145 T2 betrifft Bremsrotoren aus Verbundwerkstoff, bei denen eine Verstärkungseinrichtung eingesetzt werden soll, die mit mehreren planaren Ringen, die mit Käfigen gehalten sind, gebildet ist.The DE 693 05 145 T2 relates to composite brake rotors in which a reinforcing device is to be used, which is formed with a plurality of planar rings held by cages.

In US 6,505,723 B1 wird beschrieben, wie einzelne drahtförmige Elemente zwischen zwei Platten angeordnet und mit diesen verbunden werden sollen.In US 6,505,723 B1 It is described how individual wire-shaped elements between two plates are to be arranged and connected to them.

Aus US 2,844,229 A ist der Einsatz von drahtförmigen Elementen, die aus einem Kern und einer Ummantelung, bestehen bekannt. Die Ummantelung ist aus einem Metall mit kleinerer Schmelztemperatur und höherer Wärmeleitfähigkeit, als dem Metall der kerne gebildet. Damit soll eine stoffschlüssige Verbindung zu Scheiben und den Kernen hergestellt werden, wenn eine ausreichend hohe Temperatur erreicht worden ist.Out US 2,844,229 A is the use of wire-shaped elements that consist of a core and a sheath, known. The sheath is formed of a metal having a lower melting temperature and higher thermal conductivity than the metal of the cores. This should be a cohesive Connection to discs and the cores are made when a sufficiently high temperature has been reached.

Gemäß der US 1,614,200 A entnehmbaren technischen Lehre soll eine Schnur aus Asbest oder Metall spiralförmig gewickelt zwischen zwei Scheiben angeordnet werden.According to the US 1,614,200 A removable technical teaching is to arrange a string of asbestos or metal spirally wound between two slices.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bestehende Bremsscheiben für Fahrzeugbremsen so weiterzuentwickeln, dass eine besonders leichte Bauweise mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit und ausreichender mechanischer Festigkeit der Bremsscheibe bei gleichzeitiger kostengünstiger Herstellung realisiert werden kann.The present invention is therefore the object of developing existing brake discs for vehicle brakes so that a particularly lightweight construction with improved thermal conductivity and sufficient mechanical strength of the brake disc can be realized while cost-effective production.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Bremsscheibe, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten technischen Merkmalen realisiert werden.According to the invention this object is achieved with a brake disc having the features of claim 1. Advantageous developments of the invention can be realized with technical features designated in subordinate claims.

Bei einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe ist zwischen einem innenliegenden und einem außenliegenden Reibring mindestens ein Drahtstrukturelement angeordnet, das mit mindestens einem Reibring stoff- und/oder formschlüssig verbunden ist.In a brake disc according to the invention, at least one wire structure element is arranged between an inner and an outer friction ring, which is materially and / or positively connected to at least one friction ring.

Ein oder mehrere Drahtstrukturelemente sind aus metallischen Drähten gebildet. Die metallischen Drähte können dabei ein Gewirk, Gewebe oder bevorzugt ein Geflecht bilden.One or more wire structure elements are formed of metallic wires. The metallic wires can form a knitted fabric, or preferably a braid.

Solche Drahtstrukturen können gegenüber einem Vollmaterial eine stark und auch gegenüber Metallschäumen noch eine deutlich reduzierte physikalische Dichte aufweisen, ohne dass dabei die sonstigen mechanischen Eigenschaften wesentlich verschlechtert werden. So können trotz verringerter Masse sehr steife und mechanisch belastbare Bauteile, insbesondere solche mit einem hohen Flächenträgheitsmoment mit einer Drahtstruktur erreicht werden.Such wire structures can have a markedly reduced physical density compared to a solid material and also a significantly reduced thickness compared with metal foams, without the other mechanical properties being significantly worsened. Thus, despite reduced mass very stiff and mechanically strong components, in particular those with a high moment of area moment with a wire structure can be achieved.

Weiterhin weisen Drahtstrukturen sehr gleichmäßige Wärmeleiteigenschaften bei entsprechend kompakter, homogener Porigkeit auf. Ihre Oberfläche, die in unmittelbarem Kontakt mit der Umgebungsluft steht, ist relativ groß.Furthermore, wire structures have very uniform heat-conducting properties with correspondingly compact, homogeneous porosity. Its surface, which is in direct contact with the ambient air, is relatively large.

Eine erfindungsgemäße Bremsscheibe kann auf vorteilhafte Weise bei gleicher mechanischer Festigkeit wesentlich leichter ausgeführt werden als eine konventionelle Bremsscheibe nach dem Stand der Technik. Die gleichmäßige Wärmeleitfähigkeit der eingesetzten Drahtstrukturen ermöglicht es außerdem, die Dicke der Reibringe zu reduzieren, und dadurch die Masse weiter zu reduzieren. Bei konventionellen Bremsscheiben wird nämlich die Dicke der Reibringe nicht allein verschleißorientiert ausgelegt, es muss im Sinne einer optimierten Wärmeabfuhr auch die Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität der Reibringe berücksichtigt werden. Durch die verbesserte Wärmeabfuhr mit erfindungsgemäß an einer Bremsscheibe eingesetzten Drahtstrukturelementen können die Reibringe im Wesentlichen nur unter Berücksichtigung des Verschleisses beim Bremsen optimiert und ausgelegt werden.A brake disc according to the invention can be carried out in an advantageous manner with the same mechanical strength much easier than a conventional brake disc according to the prior art. The uniform thermal conductivity of the wire structures used also makes it possible to reduce the thickness of the friction rings, thereby further reducing the mass. In conventional brake discs namely the thickness of the friction rings is not designed solely wear-oriented, it must be considered in terms of optimized heat dissipation, the thermal conductivity and heat capacity of the friction rings. Due to the improved heat dissipation with wire structure elements used according to the invention on a brake disk, the friction rings can be optimized and designed essentially only taking into account the wear during braking.

Ein weiterer Vorteil von Drahtstrukturen liegt in ihrer mechanischen Schwingungsdämpfung. Zusammen mit der mit der Gewichtsreduzierung der Bremsscheibe einhergehenden Reduzierung der ungefederten Massen am Radträger führt diese Eigenschaft zu einer wesentlichen Verbesserung von Fahrdynamik und Fahrkomfort. Außerdem können der Luftwiderstand durch die reduzierte Fläche auf die Luft bei der Rotation auftrifft und somit Leistungsverluste am bewegten Fahrzeug im Bereich der Bremsscheiben, die durch Luftwiderstand hervorgerufen werden, reduziert werden.Another advantage of wire structures is their mechanical vibration damping. Together with the associated with the reduction in weight of the brake disc reduction of unsprung masses on the wheel, this property leads to a significant improvement in driving dynamics and ride comfort. In addition, the air resistance due to the reduced area can impinge on the air during the rotation and thus power losses on the moving vehicle in the area of the brake disks, which are caused by air resistance, can be reduced.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein oder es können mehrere Drahtstrukturelemente an einem oder beiden Reibring(en) der Bremsscheibe direkt angegossen und so eine stoffschlüssige Verbindung mit dem/den Reibring(en) hergestellt werden. Dabei wird ein besonders guter Materialkontakt sichergestellt. Vorteilhaft ist hier eine besonders gute thermische Anbindung. Bei der Herstellung kann ein oder es können mehrere Drahtstrukturelemente in einer Gussform entsprechend aufgenommen und angeordnet werden, die anschließend mit dem flüssigen Metall, mit dem der eine oder beide Reibringe hergestellt werden, ausgegossen wird. Nach dem Erstarren der Schmelze und dem Entformen ist ein fester Verbund Reibring-Drahtstrukturelement mit dem umgossenen Teil des/der Drahtstrukturelemente(s) erreicht, der sowohl eine ausreichend feste Verbindung, wie auch eine sehr gute Wärmeleitung von den sich bei einem Bremsvorgang stark erwärmenden Reibringen zu Drahtstrukturelementen ermöglicht. Von den einzelnen Drähten kann die Wärme besser an die Umgebungsluft zur Kühlung abgegeben werden.In a preferred embodiment, one or more wire structure elements can be cast directly on one or both friction ring (s) of the brake disk, thereby producing a material connection with the friction ring (s). This ensures a particularly good material contact. An advantage here is a particularly good thermal connection. During manufacture, one or more wire structure elements may be correspondingly received and arranged in a mold, which is then poured out with the liquid metal with which the one or both friction rings are produced. After solidification of the melt and demolding, a solid composite friction ring wire structure element with the cast-over portion of the wire structure element (s) is achieved which provides both a sufficiently strong bond and a very good heat conduction from the friction rings strongly heating during a braking operation allows for wire structure elements. From the individual wires, the heat can be better delivered to the ambient air for cooling.

Bei der Herstellung der Verbindung durch Angießen kann die Drahtstruktur vor dem Gießvorgang mit einer eingebrachten Formmasse verschlossen und die Hohlräume, darin mit der Formmasse in einem Bereich, der nicht umgossen werden soll, ausgefüllt werden. Nach dem Entformen kann diese Formmasse wieder entfernt werden. In dieser Form kann eine definierte Verbindung mit einem definierten Bereich der Drahtstruktur, die vom Metall umgossen ist und vor dem Gießen nicht mit Formmasse ausgefüllt war, erreicht werden.In the preparation of the connection by casting, the wire structure can be closed with an introduced molding compound before the casting process and the cavities, filled therein with the molding compound in a region that should not be encapsulated. After demoulding, this molding material can be removed again. In this form, a defined connection with a defined area of the wire structure, which is cast around the metal and was not filled with molding compound prior to casting, can be achieved.

Dies stellt einen Vorteil gegenüber porösen Schäumen dar, die nicht oder nur unzulänglich so behandelt werden können. Bei porösen Strukturen ist es insbesondere schwierig, wenn nicht sogar unmöglich die gesamte Formmasse nach dem Gießen aus dem Volumen wieder zu entfernen. This represents an advantage over porous foams, which can not be treated or only inadequately so. In porous structures, it is particularly difficult, if not impossible, to remove the entire molding material from the volume after casting.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können Drahtstrukturelemente auch mit mindestens einem der beiden Reibringe durch eine Lötverbindung stoffschlüssig verbunden werden. Auch eine Lotverbindung sichert eine ausreichende Festigkeit und gute thermische Leitfähigkeit.In a further embodiment of the invention, wire structure elements can also be materially connected to at least one of the two friction rings by means of a solder connection. A solder joint ensures sufficient strength and good thermal conductivity.

Für eine formschlüssige Verbindung von Reibringen mit einem oder mehreren Drahtstrukturelement(en) können die beiden Reibringe (2 und 3) an ihren radial äußeren Stirnseiten Ansätze aufweisen, die in Richtung auf den jeweiligen anderen Reibring über die normale Dicke des Reibrings überstehen. Bevorzugt kann ein solcher Ansatz als ein umlaufender Ringflansch ausgebildet sein, der besonders bevorzugt in Abständen zueinander unterbrochen sein kann. Dadurch kann ein Herausfallen von Drahtstrukturelementen durch Formschluss vermieden werden. Günstig ist es dabei, ein oder mehrere Drahtstrukturelement(e) zwischen innenliegendem und außenliegendem Reibring vorgespannt einzusetzen, so dass zwischen ihnen eine Druckkraft wirkt.For a positive connection of friction rings with one or more wire structure element (s), the two friction rings ( 2 and 3 ) have on their radially outer end faces approaches that survive in the direction of the respective other friction ring over the normal thickness of the friction ring. Preferably, such an approach may be formed as a circumferential annular flange, which may be particularly preferably interrupted at intervals to each other. Thereby falling out of wire structure elements can be avoided by positive locking. It is advantageous to use one or more wire structure element (s) biased between the inner and outer friction ring, so that acts between them a compressive force.

Die Reibringe können, wie meist beim Stand der Technik auch, gegossene Scheiben aber auch geschnittene Blechteile sein.The friction rings can, as usually in the prior art also, cast discs but also be cut sheet metal parts.

Drahtstrukturelemente sind als offenzellige dreidimensionale Drahtstruktur ausgeführt sein, wobei eine regelmäßige Ausbildung und Anordnung der metallischen Drähte innerhalb der Drahtstruktur eingehalten sein sollte.Wire structure elements are designed as open-cell three-dimensional wire structure, wherein a regular formation and arrangement of the metallic wires should be maintained within the wire structure.

Dabei sollte eine Porosität des/der Drahtstrukturelemente(s) zwischen 70 und 95% eingehalten sein. Ein oder mehrere Drahtstrukturelement(e) sollten mit ihren einzelnen Drähten ein Volumen ausfüllen, dass maximal 30%, bevorzugt maximal 20% des gesamten Volumens zwischen den beiden Reibringen entspricht. Dieses Volumen ist durch den Abstand der Reibringe voneinander und den Abstand vom inneren Radius zum äußeren Radius der Reibringe bestimmt.In this case, a porosity of the / the wire structure elements (s) should be maintained between 70 and 95%. One or more wire structure element (s) should fill with their individual wires a volume that corresponds to a maximum of 30%, preferably not more than 20% of the total volume between the two friction rings. This volume is determined by the distance of the friction rings from each other and the distance from the inner radius to the outer radius of the friction rings.

Der Durchmesser der Drähte mit denen ein Drahtstrukturelement hergestellt ist, sollte im Bereich zwischen 0,1 mm und 3 mm und die Zellgröße des/der Drahtstrukturelemente(s) im Bereich zwischen 1 mm und 20 mm liegen.The diameter of the wires with which a wire structure element is made should be in the range between 0.1 mm and 3 mm and the cell size of the wire structure element (s) should be in the range between 1 mm and 20 mm.

Durch entsprechende Anordnung von Drahtstrukturelementen oder die Ausbildung eines oder mehrerer Drahtstrukturelemente(s) zwischen dem innenliegenden Reibring und dem außenliegenden Reibring kann mindestens ein Kühlkanal ausgebildet werden. So kann ein spiralförmiger Kühlkanal innerhalb eines ansonsten kreisringförmigen Drahtstrukturelements, der von radial außen in Spiralform nach innen geführt ist, vorhanden sein. Mehrere segmentartig angeordnete Drahtstrukturelemente können mit ihren Zwischenräumen Kühlkanäle bilden.By appropriate arrangement of wire structure elements or the formation of one or more wire structure elements (s) between the inner friction ring and the outer friction ring, at least one cooling channel can be formed. Thus, a spiral-shaped cooling channel may be present within an otherwise annular wire structure element, which is guided from radially outward in a spiral shape inwards. Several segmented wire structure elements can form cooling channels with their interstices.

In einer weiteren Ausführungsform können mit und/oder auch zwischen den Reibringen angeordneten Drahtstrukturelementen Kühlkanäle gebildet werden. In dieser Variante können Drahtstrukturelemente in Form einzelner Segmente zwischen den Reibringen eingefügt sein, wobei zwischen den Segmenten Zwischenräume verbleiben. Hierdurch kann die Wärmeableitung aus der Bremsscheibe weiter vorteilhaft verbessert werden, wobei die Luftströmung durch Veränderung der Segmentform und Größe der eingesetzten Drahtstrukturelemente gesteuert werden kann. Kühlkanäle können aber auch in, einem einteiligen Drahtstrukturelement, das ansonsten in Form eines Kreisrings ausgebildet und zwischen den Reibringen angeordnet ist, durch eine entsprechende Herstellung eines solchen Drahtstrukturelements oder auch durch ein Heraustrennen von Bereichen, die Kühlkanäle bilden sollen, aus einem Drahtstrukturelement, ausgebildet werden.In a further embodiment, cooling channels can be formed with and / or between the friction rings disposed wire structure elements. In this variant, wire structure elements can be inserted in the form of individual segments between the friction rings, wherein gaps remain between the segments. In this way, the heat dissipation from the brake disc can be further advantageously improved, wherein the air flow can be controlled by changing the segment shape and size of the wire structure elements used. Cooling channels can, however, also be formed in, a one-piece wire structure element which is otherwise in the form of a circular ring and arranged between the friction rings, by a corresponding production of such a wire structure element or by a separation of areas which are to form cooling channels, from a wire structure element ,

Für eine formschlüssige Verbindung von Drahtstrukturelementen können weiterhin weitere Verbindungselemente zwischen den Reibringen angebracht werden. Bei solchen Verbindungselementen kann es sich um Stege oder Rippen handeln, die die mechanische Festigkeit der Bremsscheibe weiter vorteilhaft vergrößern können und durch formschlüssigen Eingriff in oder durch ein Drahtstrukturelement kann die Fixierung an mindestens einem der Reibringe gewährleistet oder verbessert werden.For a positive connection of wire structure elements further connecting elements between the friction rings can continue to be attached. Such connecting elements can be webs or ribs which can further advantageously increase the mechanical strength of the brake disk, and the fixation on at least one of the friction rings can be ensured or improved by positive engagement in or through a wire structure element.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail by way of example in the following.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine perspektivische Darstellung eines Drahtstrukturelements, das prinzipiell bei der Erfindung eingesetzt werden kann; 1 a perspective view of a wire structure element, which can be used in principle in the invention;

2 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe in einer Teilschnittdarstellung und 2 an example of a brake disc according to the invention in a partial sectional view and

3 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe in einer Detailansicht von der Seite. 3 an example of a brake disc according to the invention in a detailed view from the side.

In 1 ist ein Beispiel eines Drahtstrukturelements 1, das als ein aus metallischen Drähten gebildetes Geflecht ausgebildet ist. Die metallischen Drähte sind so miteinander verflochten, dass sie anisotrope Eigenschaften des Drahtstrukturelements 1 hervorrufen. Dies bedeutet, dass die mechanische Festigkeit, insbesondere gegenüber wirkender Druckkräfte, in eine Achsrichtung größer als in andere Achsrichtungen und insbesondere in die senkrecht dazu ausgerichtete Achsrichtung, ist. Bei dem gezeigten Beispiel ist die Festigkeit in der vertikal ausgerichteten Achsrichtung größer, als die in der Horizontalen.In 1 is an example of a wire structure element 1 formed as a braid formed of metallic wires. The metallic wires are intertwined so that they have anisotropic properties of the Wire structure element 1 cause. This means that the mechanical strength, in particular against acting compressive forces, in one axial direction is greater than in other axial directions and in particular in the direction perpendicular thereto aligned axial direction. In the example shown, the strength in the vertically oriented axial direction is greater than that in the horizontal.

Dementsprechend sollte ein Drahtstrukturelement 1 zwischen zwei Reibringen 2 und 3 einer Bremsscheibe so eingesetzt sein, dass die Festigkeit in der Achsrichtung, die parallel zur Rotationsachse der Bremsscheibe ausgerichtet ist, am größten ist. Das in 1 gezeigte Beispiel müßte demzufolge zwischen einem oben und einem unten angeordneten an der Bremsscheibe innenliegenden Reibring 2 und dem außenliegenden Reibring 3 in dieser gezeigten Anordnung, eingefasst angeordnet werden.Accordingly, a wire structure element should 1 between two friction rings 2 and 3 a brake disc be used so that the strength in the axial direction, which is aligned parallel to the axis of rotation of the brake disc is greatest. This in 1 Accordingly, the example shown would have to be arranged between a top and a bottom friction ring on the brake disc 2 and the external friction ring 3 arranged in this arrangement shown, bordered.

Die beiden Reibringe 2 und 3 können mit einem Bremsscheibentopf (nichtdargestellt) verbunden sein. Um den Bremsscheibentopf kann dann ein kreisringförmiges Drahtstrukturelement 1 angeordnet und wie im allgemeinen Teil der Beschreibung erklärt, mit mindestens einem Reibring 2 und/oder 3 stoff- und/oder formschlüssig verbunden sein.The two friction rings 2 and 3 may be connected to a brake disk pot (not shown). To the brake disk hub can then be an annular wire structure element 1 arranged and as explained in the general part of the description, with at least one friction ring 2 and or 3 be connected material and / or positive.

Beim Bremsvorgang werden die Bremsbeläge der Bremsbacken von außen in Anlage an die Reibringe 2 und 3 gebracht, wobei die Bewegungsenergie des Fahrzeuges durch die Reibung zwischen den Reibringen 2 und 3 und den Bremsbelägen in Form thermischer Energie dissipiert wird.During braking, the brake pads of the brake shoes from the outside in contact with the friction rings 2 and 3 brought, with the kinetic energy of the vehicle by the friction between the friction rings 2 and 3 and the brake pads is dissipated in the form of thermal energy.

Die metallischen Drähte, die das Drahtstrukturelement bilden, können aus dem gleichen Metall beziehungsweise der gleichen Metalllegierung hergestellt sein, aus dem/der auch die Reibringe 2 und 3 gebildet sind.The metallic wires forming the wire structure element may be made of the same metal or metal alloy from which the friction rings are made 2 and 3 are formed.

Alternativ können für Drahtstrukturelemente auch andere Metalle beziehungsweise Legierungen eingesetzt werden. Dadurch wird es beispielsweise ermöglicht, die Reibringe 2 und 3 aus einem Material zu fertigen, das in Bezug auf Abriebfestigkeit und in Bezug auf den Reibungskoeffizienten seiner Oberfläche hin optimiert ist, während die Drähte mit denen ein Drahtstrukturelement 1 hergestellt worden ist, werkstofftechnisch auf besonders gute Wärmeleitung optimiert sein können.Alternatively, other metals or alloys can also be used for wire structure elements. This makes it possible, for example, the friction rings 2 and 3 made of a material that is optimized in terms of abrasion resistance and in terms of the coefficient of friction of its surface, while the wires with which a wire structure element 1 has been prepared, material technology can be optimized for particularly good heat conduction.

In die Drahtstrukturelemente 1 können zusätzliche Kühlkanäle 4 ausgebildet werden oder mit mehreren entsprechend dimensionierten Drahtstrukturelementen 1, die in Abständen zueinander angeordnet sind, können Kühlkanäle 4 ausgebildet werden, die die Wärmeableitung aus der Bremsscheibe weiter verbessern. Eine solche Ausführung ist in 3 gezeigt.Into the wire structure elements 1 can have additional cooling channels 4 be formed or with several correspondingly dimensioned wire structure elements 1 , which are arranged at intervals to each other, cooling channels 4 are formed, which further improve the heat dissipation from the brake disc. Such an embodiment is in 3 shown.

Solche Kühlkanäle 4 können bereits bei der Herstellung, bzw. beim Einlegen oder Anlöten der Drahtstrukturelemente 1 berücksichtigt werden.Such cooling channels 4 can already during production, or when inserting or soldering the wire structure elements 1 be taken into account.

Zu einer weiteren Verbesserung der mechanischen Belastbarkeit der Bremsscheibe können zwischen den Reibringen 2 und 3 im Bereich der der Drahtstrukturelemente 1 zusätzliche Verbindungselemente in Form von Rippen oder Stegen 5 angeordnet sein. Diese Verbindungselemente 5 können sich über den gesamten Querschnitt der Drahtstrukturelemente 1 erstrecken, also die Reibringe 2 und 3 miteinander verbinden.To further improve the mechanical strength of the brake disc can between the friction rings 2 and 3 in the area of the wire structure elements 1 additional connecting elements in the form of ribs or webs 5 be arranged. These fasteners 5 can extend over the entire cross section of the wire structure elements 1 extend, so the friction rings 2 and 3 connect with each other.

Es ist jedoch auch möglich, solche Verbindungselemente 5 dergestalt auszuführen, dass sie sich lediglich über einen Teilbereich der Dicke der Drahtstrukturelemente 1 erstrecken und so lediglich an/in einem der beiden Reibringe 2 oder 3 vorhanden oder daran befestigt sind.However, it is also possible, such fasteners 5 be executed so that they are only over a portion of the thickness of the wire structure elements 1 extend and so only on / in one of the two friction rings 2 or 3 present or attached to it.

Die Reibringe 2 und 3, sowie die Drahtstrukturelemente 1 mit den in ihnen angeordneten Elementen stehen weiterhin mit einem Bremsscheibentopf (nicht geziegt) in Verbindung, über den sie mit dem Radträger verbunden sind. Der Bremsscheibentopf kann dabei entweder einteilig mit zumindest einem Reibring 2, 3 ausgeführt sein, es ist jedoch auch eine Ausführung als Verbundbremsscheibe mit einem separat gefertigten Bremsscheibentopf möglich.The friction rings 2 and 3 , as well as the wire structure elements 1 with the elements arranged in them continue to be connected to a brake disc pot (not geziegt) in connection, via which they are connected to the wheel carrier. The brake disk can either in one piece with at least one friction ring 2 . 3 be executed, but it is also an execution as a composite brake disc with a separately manufactured brake disc hub possible.

Drahtstrukturelemente 1 können aus Kohlenstoffstahl C75, die mit einer Lotverbindung mit den Reibringen 2 und 3 verbunden sind, hergestellt werden und dabei in zwei Zelllagen, wie in 2 gezeigt, zwischen den zwei Reibringen 2 und 3 eingebracht werden. Dabei werden als Drahtstrukturelemente 1 sechs solcher Drahtstrukturelemente 1, wie in 3 verwendet, um eine zusätzliche Kühlung sicherzustellen. Neben der in 3 gezeigten Geometrie der Drahtstrukturelemente 1, können auch mit anderen Geometrien Kühlkanäle 4 ausgebildet werden, deren Dimensionierung und Form kann durch strömungstechnische Untersuchungen für eine gute Wärmeableitung optimiert werden.Wire structure elements 1 can be made of carbon steel C75, which uses a solder joint with the friction rings 2 and 3 are connected, and thereby in two cell layers, as in 2 shown between the two friction rings 2 and 3 be introduced. These are called wire structure elements 1 six such wire structure elements 1 , as in 3 used to ensure additional cooling. In addition to the in 3 shown geometry of the wire structure elements 1 , can also use other geometries cooling channels 4 be formed, the dimensioning and shape can be optimized by fluidic investigations for a good heat dissipation.

Die Reibringe 2 und 3 können direkt um die Drahtstrukturelemente 1 gegossen werden, um eine form- und stoffschüssige mechanische stabile Verbindung zwischen den Reibringen 2 und 3 und den Drahtstrukturelementen 1 herzustellen. Gleichzeitig wird dadurch eine gute Wärmeleitverbindung zwischen Drahtstrukturelementen 1 und Reibringen 2 und 3 erreicht. Zugleich mit den Reibringen 2 und 3 können auch sechs Stege 5, die eine Verbindung mit innerem Reibring 2 und äußerem Reibring 3 herstellen und zusätzliche mechanische Stabilität gewährleisten, bei einem Gießvorgang gemeinsam mit den Reibringen 2 und 3 in einer Gussform ausgebildet werden.The friction rings 2 and 3 can directly around the wire structure elements 1 are cast to a positive and stoffschüssige mechanical stable connection between the friction rings 2 and 3 and the wire structure elements 1 manufacture. At the same time, this results in a good heat conduction connection between wire structure elements 1 and friction rings 2 and 3 reached. At the same time with the friction rings 2 and 3 can also have six bars 5 that connect with internal friction ring 2 and outer friction ring 3 produce and provide additional mechanical stability, in a casting process together with the friction rings 2 and 3 be formed in a mold.

Claims

Brake disc with an internal friction ring and an external friction ring, characterized in that between the inner friction ring ( 2 ) and the external friction ring ( 3 ) at least one, as an open-cell three-dimensional wire structure having a porosity of the wire structure element (s) ( 1 ) between 70 and 95% in the form of a knitted, woven or braided wire structure element ( 1 ) arranged with at least one of the friction rings ( 2 and or 3 ) is material and / or positively connected.

Brake disc according to claim 1, characterized in that the diameter of the wires with which a wire structure element ( 1 ) is in the range between 0.1 mm and 3 mm.

Brake disc according to one of the preceding claims, characterized in that the cell size of the / the wire structure elements (s) ( 1 ) is between 1 mm and 20 mm.

Brake disc according to one of the preceding claims, characterized in that by appropriate arrangement of wire structure elements ( 1 ) or the formation of one or more wire structure elements (s) ( 1 ) between the inner friction ring ( 2 ) and the external friction ring ( 3 ) at least one cooling channel ( 4 ) is trained.

Brake disc according to one of the preceding claims, characterized in that within one or more wire structure elements (s) ( 1 ) Connecting elements ( 5 ) are arranged, which are designed in the form of webs or ribs.

Brake disc according to one of the preceding claims, characterized in that a wire structure element ( 1 ) has anisotropic mechanical properties in an axial direction.

Brake disc according to one of the preceding claims, characterized in that a cohesive connection between wire structure element ( 1 ) and at least one of the friction rings ( 2 and or 3 ) is made by direct casting.

Brake disc according to one of the preceding claims, characterized in that for a positive connection of friction rings ( 2 . 3 ) with one or more wire structure element (s) ( 1 ) the two friction rings ( 2 and 3 ) have at their radially outer end faces approaches that in the direction of the respective other friction ring ( 2 or 3 ) over the normal thickness of the friction ring ( 2 or 3 ), wherein such an approach is preferably a circumferential annular flange.