DE102012010729B4

DE102012010729B4 - Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe und derart hergestellte Bremsscheibe

Info

Publication number: DE102012010729B4
Application number: DE102012010729.3A
Authority: DE
Inventors: Matthias Brinkmann; Harald Eibisch; Christoph Saame; Hatem Shahin
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2032-06-01
Also published as: DE102012010729A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe (2) mit einem Reibring (4, 4') und einem Trageteil (10) für den Reibring (4, 4'), wobei in einem ersten Verfahrensschritt der Reibring (4, 4') in einem ersten Gusswerkzeug mit den radial nach innen ausgerichteten Verbindungselementen (8, 12, 14) gegossen wird, und in einem zweiten Verfahrensschritt der vorgeformte Reibring (4, 4') in ein zweites Gusswerkzeug eingelegt wird, in dem der Trageteil (10) um die Enden der Verbindungselemente (8, 12, 14) gegossen wird, wobei ein bezogen auf die Bremsscheibe (2) radial, axial und tangential wirksamer Formschluss zwischen den Verbindungselementen (8, 12, 14) und dem Trageteil (10) erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss zwischen den Verbindungselementen (8, 12, 14) und dem Trageteil (10) durch eine spanende Bearbeitung der Verbindungselemente (8, 12, 14) hergestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe und eine durch dieses Verfahren hergestellte Bremsscheibe.
Ein Bremsscheiben-Reibring wird konventionell im Gießverfahren – in der Regel Sandguss – aus hoch gekohltem Grauguss hergestellt. Grauguss ist aus mehreren Gründen ein optimaler Werkstoff für Reibkörper. Der Trageteil der Bremsscheibe, auch Topf genannt, wird schon seit längerem bei mehreren Anwendungen aus Aluminium hergestellt um Gewicht zu sparen. Bei diesen Konstruktionen wird auf eine radiale Beweglichkeit zwischen Reibring und Trageteil Wert gelegt, um thermomechanische Spannungen, die im Reibring bei jedem Bremsvorgang entstehen, zu minimieren.
Aus EP 2 275 702 A2 sind im Verbundgussverfahren hergestellte Bremsscheiben bekannt. Der Trageteil hat eine Vielzahl von radialen Gehäusen und der Reibring hat eine Vielzahl von Verbindungselementen, die eine Verbindung zu dem Trageteil herstellen. Die Verbindungselemente sind integral und aus einem Stück mit der Reibring hergestellt und stehen aus der Reibring vor und sind in Eingriff mit den entsprechenden radialen Gehäusen. Die Verbindungselemente sind zumindest teilweise durch Wände umgeben. Die Bremsscheibe ist als ein Teil und in einem Stück mit dem Reibring so verbunden, dass sie in axialer und tangentialer Richtung befestigt und in radialer Richtung frei im Trageteil beweglich ist.
Bei der EP 2 275 702 A2 wird der radiale Freiheitsgrad durch ein theoretisch definiertes Passungsspiel hergestellt. Je nach Temperaturzustand und Wärmeausdehnungs-Koeffizient der eingesetzten Materialien kommt es jedoch im Bremsbetrieb zu einem eher undefinierten Zustand bis hin zum Klemmen (”Festsitz”) der Verbindung. Neben diesen temporär undefinierten, reversiblen Zuständen kommt es im Langzeitbetrieb zu einem Festkorrodieren der Verbindung. Es hat sich gezeigt, dass korrosionsbedingt die Gleitbewegung so stark behindert wird, dass auch die beim Bremsen auftretenden Wärmespannungen diesen ”Festsitz” nicht mehr lösen. Man muss also von einer quasifesten Verbindung ausgehen. Aus dieser ungewollten dauerhaften Veränderung resultieren folgende Probleme. Die strukturdynamischen Eigenschaften ändern sich irreversibel und können zu Bremsgeräuschen und damit zu Kundenbeanstandungen führen. Die thermomechanischen Spannungen in der Bremsscheibe steigen stark an und können zu Rissen und in Folge zum Versagen der Bremsscheibe führen.
Weiterhin sei auf die DE 10 2009 049 315 A1 verwiesen.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe und derart hergestellte Bremsscheiben bereitzustellen, wobei eine robuste Bremsscheibe mit einer langen Lebensdauer und geringem Gewicht mit einfachen Mitteln ohne Spiel zwischen dem Tragering und dem Reibring hergestellt werden kann.
Dazu ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe mit einem Reibring und einem Trageteil für den Reibring, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt der Reibring in einem ersten Gusswerkzeug mit den radial nach innen ausgerichteten Verbindungselementen gegossen wird, und das in einem zweiten Verfahrensschritt der vorgeformte Reibring in ein zweites Gusswerkzeug eingelegt wird, in dem der Trageteil um die Enden der Verbindungsstege gegossen wird, wobei ein Formschluss zwischen der Verbindungselementen und dem Trageteil erhalten wird. Der Formschluss zwischen den Verbindungselementen und dem Trageteil wird durch eine entsprechende spanende Bearbeitung der Verbindungselemente hergestellt. Durch eine solche einfache spanende Bearbeitung kann ein sicherer, bezogen auf die Bremsscheibe radial, axial und tangential wirksamer Formschluss zwischen dem Trageteil und dem Reibring bei der Durchführung des Verbundgussverfahrens erzielt werden.
Es wird eine formschlüssige Verbindung zwischen Trageteil und Reibring gießtechnisch so hergestellt, dass sich die Eigenschaften der Verbindungsstellen nicht verändern können. Der Trageteil kann dabei festigkeitsmäßig so ausgelegt werden, dass die im Bremsbetrieb auftretenden Spannungen über Lebensdauer der Bremsscheibe ertragen werden. Die Querschnittsform der Verbindungselemente ist dabei beliebig: rund, elliptisch, rechteckig. Die Verbindungsstelle kann in vielfacher Weise formtechnisch so gestaltet werden, dass ein definierter Formschluss und somit eine spielfreie Verbindung entsteht.
Eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring als Grauguss im Sandgussverfahren gegossen wird, und dass in weiterhin vorteilhafter Weise der Trageteil aus einem Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, gegossen wird. Die im Sandgussverfahren entstehende raue Oberflächenstruktur der Verbindungselemente, wird ausgenutzt, um beim Umgießen mit dem Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, durch Aufschrumpfenden gewünschten festen Sitz zu schaffen. Das Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, passt sich im flüssigen Zustand (den Poren) der Graugussoberfläche an, wobei eine möglichst große Oberflächenrauheit vorteilhaft ist. So entsteht eine Mikroverzahnung und dadurch eine quasiformschlüssige Verbindung.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss zwischen der Verbindungselementen und dem Trageteil dadurch hergestellt wird, dass die Verbindungselemente mit der Entfernung von dem Reibring eine zunehmende Querschnittsfläche erhalten. Damit können die Verbindungselemente und damit der Reibring sicher in dem Trageteil verankert werden, wenn die Enden der Verbindungselemente in dem zweiten Verfahrensschritt umgossen werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss zwischen der Verbindungselementen und dem Trageteil dadurch hergestellt wird, dass an den dem Reibring abgewandten Enden der Verbindungselemente am Umfang der Verbindungselemente wenigstens eine Nut vorgesehen wird. Auch dabei handelt es sich um eine einfache Maßnahme, um einen sicheren Formschluss zwischen dem Reibring und dem Trageteil zu erreichen.
Eine erfindungsgemäße Bremsscheibe mit einem Reibring und einem Trageteil für den Reibring, wobei der Reibring mit dem Trageteil über Verbindungselemente verbunden ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring mit den Verbindungselementen aus Grauguss und der Trageteil aus Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, besteht, wobei der Reibring und der Trageteil im Verbundgussverfahren hergestellt sind. Durch die Kombination der Materialien für den Reibring, nämlich Grauguss, und Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, für den Trageteil wird erreicht, dass die Bremsscheibe insgesamt ein verhältnismäßig geringes Gewicht hat. Andererseits wird durch den Verbund zwischen dem Reibring und dem Trageteil sichergestellt, dass kein Spiel zwischen diesen Bauteilen vorhanden ist, was die Funktionsfähigkeit und die Lebensdauer dieser Bremsscheibe erhöht.
Eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente mit der Entfernung von dem Reibring eine zunehmende Querschnittsfläche haben, oder dass an den dem Reibring abgewandten Enden der Verbindungselemente am Umfang der Verbindungselemente wenigstens eine Nut vorgesehen ist. Diese einfachen Formen der Verbindungselemente lassen sich bei dem Gussverfahren zur Herstellung des Reibrings leicht darstellen und geben andererseits eine sichere Verankerung der Verbindungselemente in dem Trageteil.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bremsscheibe, wobei der Reibring und ein Teil des Trageteils im Schnitt dargestellt sind;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bremsscheibe, wobei der Reibring und ein Teil des Trageteils im Schnitt dargestellt sind; und
3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bremsscheibe, wobei der Reibring und ein Teil des Trageteils im Schnitt dargestellt sind.
1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Bremsscheibe 2, die einen Reibring 4, 4' mit Kühlrippen 6 aufweist. An dem Reibring 4, 4' sind zylindrische Verbindungselemente 8 angeformt, die in dem Trageteil 10 zu verankern sind. Der Reibring 4, 4' mit den Verbindungselementen 8 ist im Sandgussverfahren aus hochgekohlten Grauguss hergestellt, so dass nicht nur der Reibring 4, 4' sondern auch die Verbindungselemente 8 eine raue Oberflächenstruktur haben, die beim Umgießen der Verbindungselement 8 mit dem Aluminium des Trageteils 10 durch Aufschrumpfen einen Formschluss und damit einen festen Sitz erzielen, ohne dass zusätzliche Bearbeitungsschritte an dem Reibring erforderlich wären.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Formschluss zwischen den Verbindungselementen 12 und dem Trageteil 10 dadurch hergestellt wird, dass die Verbindungselemente 12 mit der Entfernung von dem Reibring 4, 4' eine zunehmende Querschnittsfläche erhalten, d. h. die Verbindungselemente 12 sind konisch ausgebildet, wobei der Durchmesser des Konus an dem dem Trageteil 10 verankerten Ende des Verbindungselements 12 größer ist als an der Seite des Verbindungselements 12, wo dieses in den Reibring 4, 4' übergeht. Wenn diese Verbindungselemente 12 mit dem Trageteil 10 umgossen werden, ergibt sich ein sicherer Formschluss zwischen diesen beiden Bauteilen.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem an dem dem Reibring 4, 4' abgewandten Enden der Verbindungselemente 14 am Umfang der Verbindungselemente 14 wenigstens eine Nut 16 vorgesehen ist. Eine solche Nut ist ein einfaches Beispiel für eine spanende Bearbeitung der Verbindungselemente, und sie führt bei dem Umgießen mit dem Aluminium des Trageteils 10 zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Reibring 4, 4' und dem Trageteil 10.
Bezugszeichenliste

2: Bremsscheibe
4, 4': Reibring
6: Kühlrippe
8: zylindrisches Verbindungselement
10: Trageteil
12: konisches Verbindungselement
14: Verbindungselement mit Umfangsnut
16: Nut

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe (2) mit einem Reibring (4, 4') und einem Trageteil (10) für den Reibring (4, 4'), wobei in einem ersten Verfahrensschritt der Reibring (4, 4') in einem ersten Gusswerkzeug mit den radial nach innen ausgerichteten Verbindungselementen (8, 12, 14) gegossen wird, und in einem zweiten Verfahrensschritt der vorgeformte Reibring (4, 4') in ein zweites Gusswerkzeug eingelegt wird, in dem der Trageteil (10) um die Enden der Verbindungselemente (8, 12, 14) gegossen wird, wobei ein bezogen auf die Bremsscheibe (2) radial, axial und tangential wirksamer Formschluss zwischen den Verbindungselementen (8, 12, 14) und dem Trageteil (10) erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss zwischen den Verbindungselementen (8, 12, 14) und dem Trageteil (10) durch eine spanende Bearbeitung der Verbindungselemente (8, 12, 14) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (4, 4') als Grauguss im Sandgussverfahren gegossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trageteil (10) aus einem Leichtmetall gegossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss zwischen der Verbindungselementen (12) und dem Trageteil (10) dadurch hergestellt wird, dass die Verbindungselemente (12) eine mit der Entfernung von dem Reibring (4, 4') zunehmende Querschnittsfläche erhalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss zwischen der Verbindungselementen (14) und dem Trageteil (10) dadurch hergestellt wird, dass an den dem Reibring (4, 4') abgewandten Enden der Verbindungselemente (14) am Umfang der Verbindungselemente (14) wenigstens eine Nut (16) vorgesehen wird.
Bremsscheibe (2) mit einem Reibring (4, 4') und einem Trageteil (10) für den Reibring (4, 4'), wobei der Reibring (4, 4') mit dem Trageteil (10) über Verbindungselemente (8, 12, 14) verbunden ist, wobei der Reibring (4, 4') mit den Verbindungselementen (8, 12, 14) aus Grauguss und der Trageteil (10) aus Leichtmetall besteht, wobei der Reibring (4, 4') und der Trageteil (10) im Verbundgussverfahren, ausgebildet mit einem bezogen auf die Bremsscheibe (2) radial, axial und tangential wirksam hergestellten Formschlusses zwischen den Verbindungselementen (8, 12, 14) und dem Trageteil (10), hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss zwischen den Verbindungselementen (8, 12, 14) und dem Trageteil (10) durch eine spanende Bearbeitung der Verbindungselemente (8, 12, 14) hergestellt ist.
Bremsscheibe (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (12) mit der Entfernung von dem Reibring (4, 4') eine zunehmende Querschnittsfläche haben.
Bremsscheibe (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den dem Reibring (4, 4') abgewandten Enden der Verbindungselemente (14) am Umfang der Verbindungselemente (14) wenigstens eine Nut (16) vorgesehen ist.