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Die Erfindung betrifft eine Verbundbremsscheibe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Verbundbremsscheibe.
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Herkömmliche Verbundbremsscheiben sind als standardisierte Baugruppen oftmals für die Verwendung in Personenkraftwagen mittlerer bis kleiner Größe dimensioniert. Dies bedeutet, dass die bei Bremsmanövern in solchen Fahrzeugen zwischen Reibring und Bremsscheibentopf auftretenden Axialkräfte relativ gering sind, was bei der Auslegung der Komponenten der Bremsscheibe hinsichtlich der zu erwartenden maximalen Axialbelastung entsprechend berücksichtigt werden kann. Nachteilig bei derart konfigurierten Bremsscheiben ist die Tatsache, dass sie für die Verwendung in Fahrzeugtypen mit hohem Eigengewicht wie beispielsweise SUVs oder für die Verwendung in Nutzfahrzeugen generell ungeeignet sind, da in diesen Fahrzeugen bei Bremsvorgängen mit wesentlich höheren axialen Belastungen gerechnet werden muss als bei besagten Fahrzeugen kleinerer und mittlerer Bauart. Folglich vermögen die für solche Fahrzeuge mittlerer und kleinerer Bauart entwickelten Verbundbremsen den in großen Personenkraft- und Nutzfahrzeugen auftretenden Axialkräften beim Abbremsen des Fahrzeugs unter Umständen nicht standzuhalten und sind daher für die Verwendung in solchen. Fahrzeugen nicht zugelassen. Verbundbremsscheiben, die auch für schwere Personenkraftfahrzeuge und Nutzfahrzeuge geeignet sind, müssen demzufolge hinsichtlich der axialen mechanischen Stabilität ihrer Komponenten entsprechend belastbarer dimensioniert werden, was sich jedoch ungünstig auf den Fertigungsaufwand und folglich auch auf die Herstellungskosten der Verbundbremsscheibe auswirkt.
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Die
DE 10 2011 011 004 A1 offenbart eine Verbundbremsscheibe mit einem Bremsscheibentopf und einem zugehörigen Bremsring, die mittels eines Fügeprozesses miteinander verbunden sind. In einem Fügebereich greift ein Bremsring-Zahnprofil in ein Bremsscheibentopf-Zahnprofil ein. Das Bremsscheibentopf-Zahnprofil weist Bremsscheibentopf-Zahnflanken in Kreisbogenform auf, wohingegen das Bremsring-Zahnprofil Bremsring-Zahnflanken in Evolventen-Form aufweist. Aufgrund der speziellen nicht normgerechten Paarung zweier unterschiedlicher Verzahnungen kann eine besonders belastbare Verbindung zwischen dem Bremsscheibentopf und dem Bremsring hinsichtlich einer Drehbewegung dieser beiden Bauteile erzielt werden. Die Belastbarkeit hinsichtlich einer axialen Bewegung des Bremsscheibentopfs bzw. Reibrings ist jedoch begrenzt, so dass die Verbundbremsscheibe für die Verwendung in schweren Personenkraftwagen oder gar Nutzfahrzeugen ungeeignet ist.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine verbesserte Ausführungsform für eine Verbundbremsscheibe anzugeben, welche sich insbesondere durch ein hohe Axialbelastbarkeit ihrer Komponenten auszeichnet und folglich für die Verwendung in schweren Personenkraftwagen oder Nutzfahrzeugen geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Verbundbremsscheibe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer ringartig ausgebildeten Verankerungsscheibe zu versehen, welcher zusammen mit wenigstens einem an der Topfzarge des Bremsscheibentopfs vorgesehenen Fortsatz als axialer Anschlag wirkt, der eine Relativbewegung des Reibrings relativ zum Bremsscheibentopf sowohl in als auch entgegen der axialen Richtung verhindert. Die konstruktive Ausgestaltung der Verbundbremsscheibe erfolgt dabei derart, dass die an der Topfzarge vorgesehenen Fortsätze eine Bewegung des Reibrings relativ zum Bremsscheibentopf in der axialen Richtung verhindern und die Verankerungsscheibe eine entsprechende Relativbewegung entgegen der axialen Richtung verhindert, oder umgekehrt. Hierzu stehen die besagten Fortsätze radial nach außen von der Topfzarge ab.
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Die Verankerungsscheibe kann indes mittels eines geeigneten Verbindungselements direkt am Reibring befestigt sein und diesen somit in bzw. entgegen der axialen Richtung verlängern. Gleichzeitig liegt die Verankerungsscheibe an einer der beiden axialen Stirnseiten des Fortsatzes an selbigem an, so dass der erfindungsgemäße Fortsatz eine Bewegung des Reibrings in der axialen Richtung blockiert und entsprechend die erfindungsgemäße Verankerungsscheibe eine Bewegung des Reibrings entgegen der axialen Richtung blockiert, oder umgekehrt. Die Verankerungsscheibe und der an der Topfzarge des Bremsscheibentopfs vorgesehene Fortsatz ergänzen sich also auf konstruktiv einfach zu realisierende Weise zu einem sowohl in als auch entgegen der axialen Richtung wirkenden Axialanschlag für den Reibring.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Verankerungsscheibe direkt am als Anschlag wirkenden Fortsatz der Topfzarge oder am zum Fortsatz komplementären Teil der Topfzarge anliegen. In ersterem Fall wirkt der wenigstens eine radiale Fortsatz der Topfzarge direkt als Axialanschlag auf den Reibring und verhindert eine Bewegung des Reibringes in oder entgegen der axialen Richtung; Gleichzeitig wirkt der Fortsatz dann auch als Axialanschlag für eine Bewegung des Reibrings in die jeweils entgegengesetzte axiale Richtung, und zwar indirekt über die Verankerungsscheibe, die am Reibring befestigt ist und deren Axialbewegung der Fortsatz blockiert. Folglich wird auch eine unerwünschte Bewegung des Reibrings entgegengesetzt zur axialen Richtung blockiert. In letzterem Fall blockiert nicht der radiale Fortsatz der Topfzarge, sondern der zum radialen Fortsatz komplementäre Teil der Topfzarge die Bewegung der Verankerungsscheibe, wodurch sich jedoch letztlich die gleiche Wirkung erzielen lässt.
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Eine vereinfachte Fertigung und flexible Einsatzmöglichkeiten ergeben sich bei Ausgestaltung der Verankerungsscheibe mit einem ringförmigen Hauptkörper sowie einen in der axialen Richtung von diesem abstehenden Scheibenkragen, welcher wiederum in der axialen Richtung in einen radial nach innen abstehenden Kragenrand übergeht. Die Verankerungsscheibe ist gemäß dieser Ausführungsform im Bereich des Hauptkörpers am Reibring befestigt und liegt mittels des Kragenrands am Fortsatz der Topfzarge an.
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Hinsichtlich der Befestigung der Verankerungsscheibe am Reibring ergeben sich für den einschlägigen Fachmann vielfältige Realisierungsmöglichkeiten. Zu denken ist etwa an eine Nietverbindung mit wenigstens einem Nietelement. Für jedes einzelne Nietelement der Nietverbindung muss im Reibring eine entsprechende Durchgangsbohrung vorgesehen sein. Insbesondere bietet sich eine Befestigung mittels Schweißnieten an. Bei einem gegenüber dem Nieten technisch etwas aufwändigeren Befestigen der Verankerungsscheibe mittels einer Schraubverbindung sind in den am Reibring angebrachten Durchgangsbohrungen entsprechende Innengewinde vorzusehen.
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Als besonders elegant erweist sich indes eine Ausführung, bei welcher der als axialer Anschlag wirkende Fortsatz an einem vom Basiskörper abgewandten axialen Endabschnitt der Topfzarge vorgesehen ist, so dass der Fortsatz an der vom Basiskörper abgewandten Stirnseite des Reibrings anliegt. Dies ermöglicht einem Werker einen besonders einfachen Zugang zum Bereich der Topfzarge, an dem der radial nach außen abstehende Fortsatz vorgesehen ist. Alternativ dazu kann der als axialer Anschlag wirkende Fortsatz aber auch an einem dem Basiskörper zugewandten axialen Kragenabschnitt der Topfzarge vorgesehen sein, so dass der Fortsatz an der dem Basiskörper zugewandten Stirnseite des Reibrings anliegt. In beiden Ausführungen werden hinsichtlich der erzielbaren maximal zulässigen Axialbelastung vergleichbare Ergebnisse erzielt.
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Zur Drehmomentübertragung vom Reibring am Bremsscheibentopf können bei einer besonders zweckmäßigen Ausführung an der Topfzarge des Bremsscheibentopfs radial außen Kopplungszähne vorgesehen sein, welche zur drehfesten Befestigung des Reibrings am Bremsscheibentopf in am Reibring vorgesehene komplementäre Ausnehmungen eingreifen. Diese Kopplungszähne können bevorzugt integral an der Topfzarge ausgeformt sein und beispielsweise ein kreisbogenförmiges Zahnprofil aufweisen. Vorteilhafterweise kann nun auf wenigstens einem, vorzugsweise auf jedem, Kopplungszahn jeweils der von der Topfzarge radial nach außen abstehende und als Axialanschlag wirkende Fortsatz vorgesehen sein. Es ist klar, dass in einer Variante aber auch nur ein Teil der Kopplungszähne, beispielsweise in Umfangsrichtung jeder zweite Kopplungszahn, mit einem solchen Fortsatz versehen werden kann.
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Gemäß einer besonders leichtgewichtigen Ausführung können an der Verankerungsscheibe eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneten und mittels radialer Verbindungsstege getrennten Durchgangsöffnungen vorgesehen sein, wobei die Verankerungsscheibe im Bereich der Verbindungsstege an einer vom Basiskörper abgewandten Stirnseite der Topfzarge anliegen.
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Wegen der vorteilhaften industriellen Herstellbarkeit bietet es sich an, den Reibring mit einem Reibring-Material aus einem Carbon-Werkstoff, einer Graugusslegierung oder einer Aluminiumlegierung herzustellen. In Verbindung mit einem Bremsscheibentopf mit einem Topfmaterial aus Stahl, insbesondere Stahlblech, einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesiumlegierung oder Titan ergibt sich für Reibring und Bremsscheibentopf eine besonders leichtgewichtige Materialpaarung.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Radaufhängung sowie mit einer an der wenigstens einen Radaufhängung befestigten Verbundbremsscheibe mit einem oder mehreren der vorangehend genannten Merkmale.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch:
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1 bis 4 verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Verbundbremsscheibe.
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Die 1 illustriert ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbundbremsscheibe 1 für ein Kraftfahrzeug in einem Längsschnitt. Die Verbundbremsscheibe 1 umfasst einen beispielsweise aus Stahl, insbesondere Stahlblech, einer Aluminium- oder Titanlegierung, oder aus reinem Titan gefertigten Bremsscheibentopf 2 – welcher generell auch als Nabe bezeichnet werden kann – mit einem ringförmigen Basiskörper 3, von welchem entlang einer axialen Richtung A eine Topfzarge 4 absteht. Die Verbundbremsscheibe 1 umfasst ferner einen beispielsweise aus einem Carbon-Werkstoff, einer Graugusslegierung oder einer Aluminiumlegierung gefertigten Reibring 5, welcher in der 1 in einem auf den Bremsscheibentopf 2 aufgeschobenen Zustand gezeigt ist.
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Zur Fixierung des Reibrings 5 auf dem Bremsscheibentopf gegen eine unerwünschte Bewegung in der axialen Richtung A sind an der Topfzarge 4 an einem vom Basiskörper 3 abgewandten axialen Endabschnitt 13 radial nach außen von der Topfzarge 4 abstehende Fortsätze 6 vorgesehen – im Längsschnitt der 1 ist nur ein einziger solcher Fortsatz 6 zu erkennen –, welche auf den Reibring 5 im am Bremsscheibentopf 2 montierten Zustand als Axialanschlag wirken. Die Fortsätze 6 können in Umfangsrichtung des Bremsscheibentopfs 2 beabstandet zueinander an der Topfzarge 4 vorgesehen sein. Dabei liegt der Fortsatz 6 an einer vom Basiskörper 3 abgewandten Stirnseite 8 des Reibrings 5 an.
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An dieser, vom Basiskörper 3 abgewandten Stirnseite 8 des Reibrings 5 ist nun auch eine Verankerungsscheibe 7 befestigt, die ringförmig ausgebildet sein kann, generell aber auch eine andersartige Geometrie aufweisen kann. Die Befestigung der Verankerungsscheibe 7 am Reibring 5 erfolgt derart, dass sie auf den Reibring 5 als axialer Anschlag für eine unerwünschte Axialbewegung des Reibrings 5 entgegen der axialen Richtung A relativ zum Bremsscheibentopf 2 wirkt. Mit anderen Worten, die Fortsätze 6 unterbinden eine unerwünschte Relativbewegung des Reibrings 5 relativ zum Bremsscheibentopf 2 in der axialen Richtung A, die Verankerungsscheibe 7 hingegen eine unerwünschte Relativbewegung des Reibrings 5 relativ zum Bremsscheibentopf 2 entgegen der axialen Richtung A.
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Zur Ausbildung eines solchen Axialanschlags liegt die Verankerungsscheibe 7 im Beispiel der 1 direkt am Fortsatz 6 der Topfzarge 4 an, d. h. der Fortsatz 6 blockiert direkt eine Bewegung der Verankerungsscheibe 7 entgegen der axialen Richtung A relativ zum Bremsscheibentopf 2. Da die Verankerungsscheibe 7 aber auch am Reibring 5 befestigt ist, wird somit indirekt auch eine unerwünschte Bewegung des Reibrings 5 relativ zum Bremsscheibentopf 2 unterbunden. Die Befestigung der Verankerungsscheibe 7 am Reibring 5 erfolgt mittels einer dem Fachmann bekannten Nietverbindung, welche eine Mehrzahl von Nietelementen 9 umfasst. Alternativ sind auch andere Befestigungstechniken, beispielsweise in der Art einer Schraubverbindung vorstellbar. Bevorzugt erfolgt die Verbindung zwischen Verankerungsscheibe 7 und Reibring 5 jedoch mittels dem Fachmann bekannten Schweißnieten.
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Die im Beispiel der 1 gezeigte Verankerungsscheibe 7 besitzt einen ringförmigen Hauptkörper 10 sowie einen axial von diesem abstehenden Scheibenkragen 11, welcher wiederum axial in einen radial nach innen abstehenden Kragenrand 12 übergeht. Wie die 1 im Einzelnen erkennen lässt, ist die Verankerungsscheibe 7 im Bereich des Hauptkörpers 10 mittels besagter Nietverbindung am Reibring 5 befestigt und liegt mittels des Kragenrands 12 an den Fortsätzen 6 an, so dass diese eine Bewegung der Verankerungsscheibe 7 und somit des Reibrings 5 entgegen der axialen Richtung A blockieren.
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Die in der 2 gezeigte Ausführung unterscheidet sich vom Beispiel der 1 lediglich darin, dass der Kragenrand 12 der Verankerungsscheibe 7 vom Hauptkörper 10 weg in einen zweiten, sich entgegen der axialen Richtung erstreckenden zweiten Scheibenkragen 14 übergeht, so dass die Verankerungsscheibe 7 den Reibring 4 mittels Scheibenkragen 11, Kragenrand 12 und zweitem Scheibenkragen 12 teilweise einfasst. Dies gestattet eine verbessere Fixierung der Verankerungsscheibe 7 an den Fortsätzen 6.
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Im Beispielszenario der 3 ist die Verankerungsscheibe 7 an einer dem Basiskörper 3 zugewandten Stirnseite 15 des Reibrings 4 befestigt ist. Somit wirkt die Verankerungsscheibe 7 als axialer Anschlag für eine unerwünschte Bewegung des Reibrings 5 in der axialen Richtung A relativ zur Topfzarge 4. Die Fortsätze 6 sind im Gegensatz zum Beispiel der 1 und 2 an einem dem Basiskörper 3 zugewandten axialen Zargenabschnitt 16 der Topfzarge 4 vorgesehen, so dass sie an der dem Basiskörper 3 zugewandten Stirnseite 15 des Reibrings 5 anliegen. Folglich wirken die Fortsätze als Anschlag für eine unerwünschte Bewegung des Reibrings 5 in der axialen Richtung A relativ zum Basiskörper 3. Mit anderen Worten, die Funktionen der Fortsätze 6 und der Verankerungsscheibe 7 hinsichtlich ihrer Wirkung als Axialanschlag in bzw. entgegen der axialen Richtung A sind im Beispiel der 3 gegenüber den beiden Beispielen der 1 und 2 vertauscht.
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In einer in 4 gezeigten Variante des Beispiels der 1 bis 3 – wobei die 4a analog zu den 1 bis 3 einen Längsschnitt und die 4b eine Draufsicht auf die Verbundbremsscheibe 1 entgegen der axialen Richtung A zeigt – sind an der Verankerungsscheibe 7 in deren Umfangsrichtung eine Mehrzahl von benachbart zueinander angeordneten und jeweils mittels radialer Verbindungsstege 18 voneinander getrennter Durchgangsöffnungen 17 vorgesehen. In diesem Fall liegt die Verankerungsscheibe 7 nicht direkt an den Fortsätzen 6 an; vielmehr durchgreifen letztere die Durchgangsöffnungen 17, und der mechanische Kontakt zwischen Verankerungsscheibe 7 und Topfzarge 4 erfolgt im Bereich der radialen Verbindungsstege 18. Die Variante der 4 ermöglicht eine besonders leichtgewichtige Realisierung der Verbundbremsscheibe 1.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011011004 A1 [0003]
