DE102013014117A1

DE102013014117A1 - Brake disk for disk brake, has friction ring for frictional engagement of brake disk with brake pad, while support cup is arranged coaxially with friction ring for supporting brake disk on hub, and teeth are formed on friction ring

Info

Publication number: DE102013014117A1
Application number: DE201310014117
Authority: DE
Inventors: Ralph Mayer; Gernot Sprandel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2014-02-27

Abstract

The brake disk (10) has a friction ring (11) for frictional engagement of the brake disk with a brake pad, while a support cup is arranged coaxially with the friction ring for supporting the brake disk on a hub. The teeth (12) are formed on the friction ring and the counter teeth are formed on the support cup for the form-locking connection of the friction ring with the support cup. A groove (13) molded in the friction ring for insulating the heat of the brake disk. The friction ring is made from cast iron, particularly from a gray cast iron, where the groove is formed in the friction ring.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4 sowie eine Scheibenbremse mit einer solchen Bremsscheibe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The invention relates to a brake disc according to the preamble of claims 1 and 4 and a disc brake with such a brake disc according to the preamble of claim. 7

Als Bremse wird gemeinhin jedwedes Maschinenteil betrachtet, welches zur Verringerung oder Begrenzung der Geschwindigkeit anderer bewegter Maschinen- oder Fahrzeugteile dienen kann. Der Stand der Technik umfasst insbesondere eine Bauart von Bremsen, bei welcher die beschriebene Verzögerung mittels einer auf einer Radnabe befestigten Bremsscheibe in Verbindung mit einem in einem Bremssattel liegenden Bremsklotz samt Bremsbelägen erzeugt wird. Derartige sogenannte Scheibenbremsen stellen neben Trommelbremsen die in Kraftfahrzeugen am häufigsten verwendete Bauart von Bremsen dar und werden in zunehmendem Maß auch in anderen Fahrzeugen und Maschinen verbaut.As a brake, any machine part is commonly considered, which can serve to reduce or limit the speed of other moving machine or vehicle parts. In particular, the prior art includes a type of brake in which the described deceleration is generated by means of a brake disk mounted on a wheel hub in conjunction with a brake pad located in a brake caliper together with brake linings. Such so-called disc brakes in addition to drum brakes are the type of brakes most commonly used in motor vehicles and are increasingly installed in other vehicles and machines.

Die Bremsscheibe, also der radseitige Teil der Scheibenbremse, ist dabei typischerweise annähernd kreisförmig und punktsymmetrisch zum Mittelpunkt der Bremse ausgeführt und umfasst eine Bremsfläche sowie eine in der Regel abgesetzte Achsbefestigung. Während einfache Bremsscheiben etwa handelsüblicher Fahrräder häufig aus Blech gestanzt werden, kommen als Werkstoffe für Kraftfahrzeuge vorgesehener Bremsscheiben beispielsweise Grauguss, Sphäroguss oder geeignete Stahl-Legierungen zum Einsatz, die sich durch Drehen spanend bearbeiten lassen. Zur Erhöhung von Bremsleistung, Verschleißfestigkeit und sogenannter Fadingunempfindlichkeit sowie zur Reduzierung der ungefederten Masse finden in höheren Fahrzeugklassen auch Karbon oder mit Karbonfasern verstärkte keramische Siliziumkarbid-Verbundwerkstoffe Verwendung.The brake disk, that is to say the wheel-side part of the disk brake, is typically designed approximately circularly and point-symmetrically with respect to the center of the brake and comprises a braking surface as well as a generally offset axle attachment. While simple brake discs are commercially stamped about commercially available bikes often made of sheet metal, as materials for motor vehicles provided brake discs such as gray iron, ductile iron or suitable steel alloys are used, which can be machined by turning. To increase braking power, wear resistance and so-called fading insensitivity and to reduce unsprung mass, carbon or carbon fiber reinforced ceramic silicon carbide composites are also used in higher vehicle classes.

Eine gattungsgemäße Bremsscheibe mit getrenntem Bremsscheibentopf und Reibring, welche so unabhängig voneinander hinsichtlich ihres Werkstoffs optimiert werden können, ist beispielsweise aus DE 10 2009 012 216 A1 bekannt. Derartige sogenannte zweiteilige Bremsscheiben gestatten es, Reibringe aus Gusseisen, welches besonders vorteilhafte tribologische und wärmeleitende Eigenschaften aufweist, mit Bremsscheibentöpfen aus Blech zu kombinieren, um so die gesamte Bremsscheibe leichter zu gestalten und damit die ungefederte Masse eines entsprechend ausgerüsteten Kraftwagens zu verringern. Im Falle der Verbundbremsscheibe gemäß DE 10 2009 012 216 A1 umfasst eine äußere Mantelfläche des Bremsscheibentopfes hierbei ein – vorzugsweise als Verzahnung ausgestaltetes – Profil, welches zur Drehmomentübertragung in ein komplementäres Profil einer inneren Mantelfläche des koaxial zum Bremsscheibentopf angeordneten Reibrings eingreift. In einer in DE 10 2009 012 216 A1 beschriebenen Ausführungsform wird der Topf gegenüber dem Reibring mit einem im Temperaturgebiet beim Bremsen ausreichend dimensionierten Übermaß gefügt.A generic brake disc with separate brake disc hub and friction ring, which can be optimized so independently of each other in terms of their material is, for example DE 10 2009 012 216 A1 known. Such so-called two-piece brake discs make it possible to combine friction rings made of cast iron, which has particularly advantageous tribological and heat-conducting properties, with brake discs pots made of sheet metal, so as to make the entire disc easier and thus to reduce the unsprung mass of a suitably equipped motor vehicle. In the case of the composite brake disc according to DE 10 2009 012 216 A1 an outer circumferential surface of the brake disk hub in this case a - preferably designed as a toothing - profile, which engages for torque transmission in a complementary profile of an inner circumferential surface of the coaxial with the brake disk hub arranged friction ring. In an in DE 10 2009 012 216 A1 described embodiment, the pot is added to the friction ring with a sufficiently large in the temperature range during braking oversize.

Ein Nachteil in diesem Sinne zweigeteilter Bremsen liegt in der potenziell unterschiedlichen Wärmeausdehnung von Reibring und Bremsscheibentopf im bestimmungsgemäßen Bremsbetrieb. Diese Wärmeausdehnung kann einen nicht unerheblichen Verlust der Vorspannung an den Flanken der Verzahnung bewirken. Unter ungünstigen Umständen kann ein solcher Verlust dazu führen, dass die komplementären Zähne von Bremsscheibentopf und Reibring auseinanderklaffen und deren Formschluss gefährden.A disadvantage in this sense of two-part brakes lies in the potentially different thermal expansion of the friction ring and brake disk hub during normal braking operation. This thermal expansion can cause a significant loss of bias on the flanks of the toothing. In unfavorable circumstances, such a loss can cause the complementary teeth of the brake disk hub and friction ring to jam apart and jeopardize their positive locking.

Die Aufgaben der Erfindung bestehen daher in der Bereitstellung einer Bremsscheibe sowie einer entsprechenden Scheibenbremse, welche die Vorspannung von Bremsscheibentopf und Reibring in einem größtmöglichen Betriebstemperaturbereich aufrechterhalten.The objects of the invention therefore consist in the provision of a brake disc and a corresponding disc brake, which maintain the bias of the brake disc hub and friction ring in a maximum operating temperature range.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Bremsscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Scheibenbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.These objects are achieved by a brake disc with the features of claim 1 and by a disc brake with the features of claim 6.

Die Erfindung fußt demnach auf dem Grundgedanken, zum Zwecke der Wärmedämmung eine Nut in den Reibring einzuformen, um die von der Bremsscheibe durch Reibung mit dem Bremsklotz aufgenommene Bremswärme spezifisch von der Angriffsfläche des Bremsbelags zum Verbindungsbereich mit dem Trägertopf zu leiten. Die so gesteuerte Bremswärme erlaubt somit eine Manipulation der von Wärmeausdehnung besonders betroffenen Bereiche der Verzahnung, welche abhängig von der für die Verbindung von Reibring und Trägertopf gewählten Zentrierungsart anwendungsspezifisch variiert werden kann.The invention is therefore based on the idea of forming a groove in the friction ring for the purpose of thermal insulation in order to specifically direct the braking heat absorbed by the brake disk by friction with the brake pad from the contact surface of the brake lining to the connecting region with the carrier cup. The thus controlled braking heat thus allows a manipulation of the areas of the toothing particularly affected by thermal expansion, which can be varied depending on the application depending on the selected for the connection of friction ring and carrier pot Zentrierungsart.

Als Werkstoff des Reibrings empfiehlt sich dabei besonders eine Gruppe von Eisenlegierungen mit hohem Kohlenstoff- und Siliziumanteil sowie weiteren Bestandteilen wie Mangan, Chrom oder Nickel, welche summarisch als Gusseisen bekannt sind. Die insbesondere im Vergleich zu Stahl und reinem Eisen geringere spezifische Dichte von etwa 7,2 g/cm³ verleiht einem gusseisernen Reibring eine vor allem im Fahrzeugbau angestrebte geringe Masse. Hinzu kommen eine den erfindungsgemäßen Ansatz begünstigende Wärmeleitfähigkeit, gute Dämpfungseigenschaften sowie eine vergleichsweise hohe Formsteifigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Durch seinen gegenüber Stahl deutlich niedrigeren Schmelzpunkt erlaubt die Verwendung von Gusseisen zudem die Urformung des Reibrings in Gießtechnik, wobei zugleich die erfindungswesentliche Nut vorgesehen werden kann.As a material of the friction ring is particularly recommended a group of iron alloys with high carbon and silicon content and other ingredients such as manganese, chromium or nickel, which are summarily known as cast iron. The specific density of about 7.2 g / cm ³ , which is lower in comparison with steel and pure iron, gives a cast-iron friction ring a low mass, which is especially desirable in vehicle construction. In addition, there is a thermal conductivity which promotes the inventive approach, good damping properties and a comparatively high dimensional stability and corrosion resistance. Due to its significantly lower melting point than steel, the use of cast iron also allows the primary shaping of the friction ring in casting technology, whereby at the same time the invention essential groove can be provided.

Konkret kommt vor allem das dem Fachmann auch als Grauguss geläufige sogenannte graue Gusseisen als Werkstoff des Reibrings in Betracht, welches sich vom alternativen weißen Gusseisen durch seinen Gehalt an Kohlenstoff in Form von Graphit unterscheidet. Die spezifische Wärmekapazität des Graugusses von näherungsweise 0,46 kJ/(kg·K) verleihen dem entsprechend gefertigten Reibring in diesem Fall besonders vorteilhafte Eigenschaften, welche die der Erfindung zugrundeliegende gezielte Wärmeübertragung unterstützen.Specifically, the so-called gray cast iron, which is also familiar to a person skilled in the art as gray cast iron, can be considered as the material of the friction ring, which differs from the alternative white cast iron in its content of carbon in the form of graphite. The specific heat capacity of the gray cast iron of approximately 0.46 kJ / (kg · K) gives the correspondingly produced friction ring in this case particularly advantageous properties which support the targeted heat transfer on which the invention is based.

Einen weiteren Aspekt der Erfindung zeigt ein in den Reibring gleichsam als Inlay eingelegter Wärmeleiter. Dieser gestattet dabei eine sehr präzise Steuerung des Wärmeflusses innerhalb des Werkstoffs. Der Wärmeleiter kann dabei auch zusätzlich in den Reibring zu der in den Reibring eingeformten wärmedämmenden Nut eingebracht werden. Neben einer im Wesentlichen ringförmigen Ausgestaltung lassen sich hinsichtlich des Wärmeleiters konstruktive Formvarianten nahezu beliebiger Komplexität erdenken, welche der spezifischen Verzahnung von Reibring und Trägertopf in angemessener Weise Rechnung tragen.A further aspect of the invention shows a heat conductor inserted in the friction ring, as it were, as an inlay. This allows a very precise control of the heat flow within the material. The heat conductor can also be additionally introduced into the friction ring to the heat-insulating groove formed in the friction ring. In addition to a substantially annular configuration, constructive shape variants of virtually any complexity can be devised with regard to the heat conductor, which take appropriate account of the specific toothing of friction ring and carrier cup.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

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.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Dabei zeigen, jeweils schematisch:In each case show schematically:

1 die Teilansicht einer Bremsscheibe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, 1 the partial view of a brake disc according to a first embodiment of the invention,

2 die Teilansicht einer Bremsscheibe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und 2 the partial view of a brake disc according to a second embodiment of the invention and

3 die Teilansicht einer Bremsscheibe gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 3 the partial view of a brake disc according to a third embodiment of the invention.

1 zeigt in einer detaillierten Teildarstellung eine erste Bremsscheibe 10, welche neben einem nicht gezeigten Bremsklotz den Hauptbestandteil einer erfindungsgemäßen ersten Scheibenbremse 14 bildet. Der für die gegebene Erfindung charakteristische Reibring 11 ist in dieser Ausführungsform mit einer Vielzahl von Bohrungen versehen, um die in der Bremsscheibe 10 gespeicherte Wärmeenergie, welche durch ihre reibschlüssige Verbindung mit dem Bremsklotz bei einer Bremsbetätigung entsteht, durch intensive Belüftung abzuführen. In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform mag die Bremsscheibe 10 anstelle oder zusätzlich zu dieser Lochung geschlitzt, innenbelüftet oder als Vollscheibe ausgeführt sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. 1 shows in a detailed partial representation of a first brake disc 10 , which in addition to a brake pad, not shown, the main component of a first disc brake according to the invention 14 forms. The characteristic of the given invention friction ring 11 is provided in this embodiment with a plurality of holes to those in the brake disc 10 stored heat energy, which is produced by their frictional connection with the brake pad during a braking operation, dissipate by intensive ventilation. In an alternative, not shown embodiment, the brake disc likes 10 slotted in place of or in addition to this perforation, internally ventilated or designed as a solid disk, without departing from the scope of the invention.

Deutlich erkennbar ist die an den Reibring 11 angeformte Verzahnung 12, die mit der komplementären Gegenverzahnung eines nicht gezeigten Trägertopfes der Bremsscheibe 10 zu deren radialer Sicherung eine formschlüssige Verbindung eingehen kann. Die Verzahnung 12 ist vorliegend gerade, also mit achsparallelen Flanken ausgeführt, obgleich sich alternative Ausführungsformen, wie der Fachmann unschwer erkennt, einer Schräg- oder Doppelschräg-Verzahnung mit oder ohne Freistich bedienen mögen.Clearly recognizable is the friction ring 11 molded teeth 12 , with the complementary counter teeth of a support cup of the brake disk, not shown 10 to the radial fuse can form a positive connection. The gearing 12 is present straight, so executed with paraxial edges, although alternative embodiments, as the skilled artisan readily recognizes, a diagonal or double oblique teeth with or without undercut may serve.

Auf jedem Zahn ist dabei etwa mittig eine konkave, leicht längliche Vertiefung in Gestalt einer Nut 13 eingeformt. Drei nach außen abgerundete Wände jeder Nut 13 begrenzen diese radial gegenüber einer die Verzahnung 12 kreisförmig umlaufenden Sicke sowie in Richtung der beiderseitigen Zahnflanken. In Richtung des Mittelpunkts des Reibrings 11 geht die Nut 13 hingegen annähernd U-förmig in die Stirnfläche des jeweiligen Zahns über.On each tooth is approximately centrally a concave, slightly elongated recess in the form of a groove 13 formed. Three outwardly rounded walls of each groove 13 limit these radially to one of the teeth 12 circular circumferential bead and in the direction of the mutual tooth flanks. Towards the center of the friction ring 11 the groove goes 13 however, approximately U-shaped in the end face of the respective tooth.

2 zeigt demgegenüber eine im Rahmen einer zweiten Scheibenbremse 24 eingesetzte zweite Bremsscheibe 20, dessen Reibring 21 sich von jenem der ersten Bremsscheibe 20 neben einer geringfügig flacheren Verzahnung 22 vor allem in seiner durchgehenden Nut 23 unterscheidet. Insofern wird die Nut 23 dieser Ausführungsform in radialer Richtung nicht durch eine äußere Wand gegenüber der die Verzahnung 22 umgebenden Sicke abgetrennt, sondern bildet gemeinsam mit dieser einen umlaufenden Ring. 2 shows in contrast one in the context of a second disc brake 24 used second brake disc 20 whose friction ring 21 from the first brake disc 20 in addition to a slightly flatter toothing 22 especially in its continuous groove 23 different. In this respect, the groove 23 this embodiment in the radial direction not by an outer wall opposite to the teeth 22 separated surrounding bead, but forms together with this a circumferential ring.

Eine solchermaßen integrale Ausführung von Nut 33 und Sicke liegt auch im Falle einer in 3 dargestellten dritten Bremsscheibe 30 einer dritten Scheibenbremse 34 vor. Bei dieser Ausgestaltung ist jede Nut 33 indes nicht im Endbereich eines Zahns der Verzahnung 32 des Reibrings 31, sondern vielmehr zwischen jeweils zwei benachbarten Zähnen desselben eingeformt, sodass sich in radialer Richtung eine gegenüber den Nuten 13, 23 der ersten und zweiten Bremsscheiben 10, 20 deutlich geringere Tiefe der Nut 33 ergibt.Such an integral execution of groove 33 and beading is also in the case of an in 3 illustrated third brake disc 30 a third disc brake 34 in front. In this embodiment, each groove 33 not in the end area of a tooth of the toothing 32 the friction ring 31 but rather formed between each two adjacent teeth thereof, so that in the radial direction one opposite to the grooves 13 . 23 the first and second brake discs 10 . 20 significantly reduced depth of the groove 33 results.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009012216 A1 [0004, 0004, 0004]

Claims

Brake disc ( 10 . 20 . 30 ) for a disc brake ( 14 . 24 . 34 ) with a friction ring ( 11 . 21 . 31 ) for frictional connection of the brake disc ( 10 . 20 . 30 ) with a brake pad, - a coaxial with the friction ring ( 11 . 21 . 31 ) arranged carrier cup for supporting the brake disc ( 10 . 20 . 30 ) on a hub and - one on the friction ring ( 11 . 21 . 31 ) integrally formed toothing ( 12 . 22 . 32 ) and an integrally formed on the support cup counter teeth for positive connection of the friction ring ( 11 . 21 . 31 ) with the carrier pot, characterized by - one in the friction ring ( 11 . 21 . 31 ) molded groove ( 13 . 23 . 33 ) for damping a brake heat of the brake disc ( 10 . 20 . 30 ).

Brake disc ( 10 . 20 . 30 ) according to claim 1, characterized in that - the friction ring ( 11 . 21 . 31 ) contains a cast iron, in particular a gray cast iron.

Brake disc ( 10 . 20 . 30 ) according to claim 1 or 2, characterized in that - the groove ( 13 . 23 . 33 ) by means of a primary molding process, in particular by casting, in the friction ring ( 11 . 21 . 31 ) is formed.

Brake disc ( 10 . 20 . 30 ) for a disc brake ( 14 . 24 . 34 ) with a friction ring ( 11 . 21 . 31 ) for frictional connection of the brake disc ( 10 . 20 . 30 ) with a brake pad, - a coaxial with the friction ring ( 11 . 21 . 31 ) arranged carrier cup for supporting the brake disc ( 10 . 20 . 30 ) on a hub and - one on the friction ring ( 11 . 21 . 31 ) integrally formed toothing ( 12 . 22 . 32 ) and an integrally formed on the support cup counter teeth for positive connection of the friction ring ( 11 . 21 . 31 ) with the carrier pot, characterized by - one in the friction ring ( 11 . 21 . 31 ) inserted heat conductor for guiding the brake heat.

Brake disc ( 10 . 20 . 30 ) according to claim 4, characterized in that - the heat conductor is annular.

Brake disc ( 10 . 20 . 30 ) according to claim 4, characterized in that - the heat conductor is composed of individual elements which are arranged corresponding to the toothing ring.

Disc brake ( 14 . 24 . 34 ) with - a brake disc carried on a hub ( 10 . 20 . 30 ) according to one of claims 1 to 6 and - one with the brake disc ( 10 . 20 . 30 ) frictionally connectable brake pad.