DE102013215997A1 - Bremsscheibe für ein Fahrzeug - Google Patents
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Abstract
Nach der Erfindung ist eine Bremsscheibe für eine Scheibenbremse, die aus einem Bremsscheibentopf und wenigstens einem, mit diesem über Verbindungsmittel verbundenen Reibring besteht, wobei ein Mantel des Bremsscheibentopfs mit Abschnitten mit reduzierter Wandstärke und/oder Durchbrüchen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass diese am Außenumfang des Bremsscheibentopfmantels befindliche, axial gerichtete Materialaussparungen sind, die zur Platzierung der Verbindungsmittel dienen, möglichst nahe am Bremsscheibentopfmantel.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Verbund-Bremsscheibe für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Bremsscheiben sind mit einem Rad koaxial montierte Bestandteile eines Bremssystems für Kraftfahrzeuge, welche einen Reibring und einen Bremsscheibentopf aufweisen. Der Bremsscheibentopf dient dabei der Befestigung der Bremsscheibe an einer Radnabe, während der Reibring während des Bremsvorganges in tribologischen Kontakt mit den Bremsbelägen des Bremssystems gebracht wird. Hierdurch wird die kinetische Energie des Kraftfahrzeuges in Form von Reibungswärme abgebaut, das Fahrzeug wird abgebremst.
- Solche Bremsscheiben können ein- oder mehrteilig gefertigt werden, wobei die größten Beanspruchungen an das Material des Reibringes gerichtet sind. Reibringe werden daher in der Regel als Gussbauteile, insbesondere in GG-15 oder GG-25, ausgeführt. Zur Abfuhr der beim Bremsvorgang entstehenden Wärme aus dem Reibring sind solche Reibringe häufig in Form innenbelüfteter Reibringe gestaltet, das heißt, sie sind mit Kanälen oder Bohrungen versehen, welche mit Luft durchströmt sind, um so die Wärmeabfuhr aus dem Reibring zu verbessern. Eine solche Bremsscheibe, bei welcher der oder die (üblicherweise zusammenhängenden) Reibringe getrennt vom Bremsscheibentopf gefertigt werden und danach mit diesem geeignet verbunden werden hat den Vorteil, dass der/die Reibring(e) einerseits und der Bremsscheibentopf andererseits aus den für die jeweiligen Anforderungen günstigsten Materialien gefertigt sein können. Hierdurch kann beispielsweise zum einen eine Gewichtsersparnis erzielt werden, und zum anderen ist damit eine vorteilhafte Entkoppelung zwischen dem Reibring und dem Bremsscheibentopf möglich.
- Die
DE 100 32 972 A1 beschreibt eine solche Verbund-Bremsscheibe, bei der der im Wesentlichen wie üblich geformte Bremsscheibentopf einen bezüglich der Drehachse der Scheibenbremse kreiszylindrischen Mantel besitzt, in dem Durchbrüche oder zumindest Abschnitte mit reduzierter Wandstärke vorgesehen sind. Damit besitzt dieser Bremsscheibentopf eine gewisse Elastizität, die einer im Wesentlichen ungehinderten thermischen Reibringdehnung förderlich ist, d. h. die nicht vermeidbare thermische Reibringdehnung wird somit durch den Bremsscheibentopf nicht nennenswert behindert, so dass keine Spannungen aufgebaut werden und unerwünschte Reibringverformungen ausgeschlossen werden. In dieser Schrift ist als Material für den Bremsscheibentopf ein höherfestes Stahlmaterial oder ähnliches vorgeschlagen. Dabei erfordert diese bekannte Konstruktion relativ viel Bauraum in radialer Richtung, weshalb eine Anwendung nur bei größeren Bremsscheibendimensionen (Durchmessern) möglich ist. - Diesen Nachteil zu vermeiden, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, also eine Bremsschreibe insbesondere für kleinere Kraftfahrzeuge bereit zu stellen, bei welcher durch eine geeignete Verbindung von Reibring und Bremsscheibentopf der Platzbedarf für die Anbindung der Bremsscheibe an der Radnabe gering gehalten werden kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
- Nach der Erfindung ist eine Bremsscheibe für eine Scheibenbremse, die aus einem Bremsscheibentopf und wenigstens einem mit diesem über Verbindungsmittel verbundenen Reibring besteht, wobei der Mantel des Bremsscheibentopfs Abschnitte mit reduzierter Wandstärke und/oder Durchbrüchen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass diese Abschnitt oder Durchbrüche am Außenumfang des Bremsscheibentopfmantels befindliche, axial gerichtete Materialaussparungen sind, die der/zur zumindest teilweisen Platzierung der Verbindungsmittel denen.
- Erfindungsgemäß können damit die Verbindungsmittel möglichst nahe an den Mantel des Bremsscheibentopfes herangezogen werden, und hierbei in die axial gerichteten Aussparungen zumindest anteilig hineinragen, wobei sich die Verbindungsmittel, als welche beispielsweise Nieten zum Einsatz kommen, vorzugsweise (ebenfalls) in axialer Richtung, d. h. parallel zur Drehachse der Bremsscheibe erstrecken. Das hat den Vorteil, dass der bspw. aus einem Leichtmetall gefertigte Bremsscheibentopf in axialer Richtung mit einem beispielsweise in Grauguß ausgeführten Reibring aufgrund der Aussparungen (oder Einkerbungen) am Mantel des Bremsscheibentopfes so vernietet oder verschraubt werden kann, dass der für die Verbindungselemente in Radialrichtung benötigte Bauraum deutlich reduziert ist. Damit ist ein Verbindungsbereich zwischen Bremsscheibentopf und Reibring mit geringer bzw. minimierter Abmessung in Radialrichtung darstellbar, so der Durchmesser des Bremsscheibentopfes gering gehalten werden kann und als Folge hiervon eine kleinere Bremsscheibe darstellbar ist. Die axial ausgerichteten Aussparungen sind in ihrer Formgebung vorzugsweise an die Verbindungsmittel angepasst, wobei jede Aussparung das zugehörige Verbindungsmittel nicht vollständig aufnehmen muss; vielmehr ist es ausreichend, wenn das jeweilige Verbindungsmittel nur teilweise in die zugehörige Aussparung hineinragt. Die Aussparungen dürfen nämlich auch nicht zu groß gestaltet sein, damit der Bremsscheibentopf bzw. dessen Mantels nicht zu intensiv geschwächt wird. In diesem Sinne kann die Aussparung beispielsweise für einen im wesentlichen kreiszylindrischen Niet als Verbindungsmittel beispielsweise in Form eines „Halbkreis-Zylinders” ausgebildet sein, dessen Zylinderachse im Bereich der unter Vernachlässigung dieser Aussparungen zylindrischen Außenseite des Bremsscheibentopf-Mantels liegt und sich ebenso wie die Längsachse des Niets parallel zur Drehachse der Bremsscheibe erstreckt. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass unter dem verwendeten Begriff „Platzierung”, welcher die Aussparungen für die Verbindungselemente dienen, nicht nur der Endzustand mit montierten Verbindungselementen zu verstehen ist, sondern auch der Montagevorgang der Verbindungselemente, d. h. die besagten Aussparungen dienen dazu oder können zumindest dazu dienen, die Verbindungselemente montieren zu können.
- Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sehen vor, dass der Bremsscheibentopf aus Leichtmetall oder aus Stahl oder aus einem Nichtmetallwerkstoff besteht, das heißt als Materialien für den Topf kommen vorzugsweise höherfeste hochfeste Leichtmetalle (u. a. Magnesium), oder ein hochfestes, dünnwandiges Stahlblech oder Aluminium und andere Nichteisen- bzw. Nichtmetallwerkstoffe in Frage. Der Bremsscheibentopf ist daher bspw. durch ein Gussverfahren oder ein Schmiedeverfahren oder durch Fließpressen herstellbar. Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen in einem Leichtbaumaterial ausgeführten Bremsscheibentopfes ist neben Aluminiumrädern ein Einsatz von Stahlrädern möglich. Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein radialer Stahlring im Kontaktbereich zwischen dem Bremsscheibentopf und dem an diesem anliegenden Rad vorgesehen ist oder wenn der Topf aus einem entsprechend widerstandsfähigen leichten Werkstoff hergestellt ist. Der genannte Stahlring kann dabei in eine Vertiefung des Bremsscheibentopfes eingesetzt oder eingegossen sein, um ein ansonsten möglicherweise erfolgendes Einarbeiten eines Stahlrades in das Material des Bremsscheibentopfes im Fahrbetrieb des Fahrzeugs zu vermeiden.
- Der Reibring und der Bremsscheibentopf können vorteilhafterweise über die Verbindungsmittel und/oder über geeignet vorgesehene Zentrieransätze zueinander zentriert sein. Dabei kann der Reibring wenigstens einen von der Reibfläche nach innen gerichteten Befestigungsfortsatz aufweisen, mit dem ein Rand oder Kragen des Bremsscheibentopfmantels durch axial gerichtete Verbindungsmittel verbindbar ist. Die Fügestelle zwischen Reibring und Bremsscheibentopf kann vorteilhafterweise als Press- oder Schrumpfsitz oder als stoffschlüssige oder formschlüssige Verbindung ausgebildet sein. Die Verbindung zwischen Bremsscheibentopf und Reibring wird vorzugsweise über eine Nietverbindungen dargestellt, d. h. als Verbindungsmittel kommen Niete zum Einsatz. Um dabei die Flächenpressung der Niete auch auf dem Graugussmaterial des Reibrings möglichst gering zu halten kann beispielsweise mit dem Taumel-Niet-Verfahren gefertigt werden. Um eine größtmögliche Spielfreiheit und somit quasi absoluten Formschluss zwischen dem Bremsscheibentopf und dem Reibring bzw. der Reibscheibe zu generieren, können gerändelte und/oder gestauchte und/oder gestufte Nieten (mit Presssitz) zum Einsatz kommen.
- Um ein Ausbrechen der Nietverbindung aus dem Grauguss des Reibrings zu vermeiden, kann ein ringförmiges Stahlband vorgesehen sein, das zwischen den Niet-Schließköpfen und der Anbindungsfläche des Reibrings angebracht ist. Vorteilhafterweise kommt es durch diese Maßnahme zu einer flächigen Kraftverteilung bzw. Krafteinleitung über das Stahlband in den Reibring. Sind zwischen den einzelnen Nietschließköpfen Erhöhungen in die Oberfläche des Reibrings eingearbeitet, sodass das bspw. als Federstahlring ausgebildete Stahlband aufgrund dieser Erhöhungen bzw. Niveauunterschiede wellig verspannt wird, kann dadurch eine gewisse Vorspannung, ähnlich einer Schraubverbindung erzeugt werden. Alternativ kann das Stahlband bzw. der Federstahlring selbst entsprechend wellenförmig ausgebildet sein. Eine solche Vorspannung erhöht die Standfestigkeit der Niet-Verbindung, wobei eine vergleichbare Maßnahme auch mit anderen Verbindungsmitteln vorgesehen sein kann, und trägt zur Verteilung der im Betrieb entstehenden Spannungen bei. Alternativ ist auch eine Schraubverbindung (für das Verbindungsmittel) denkbar. Um ein Ausbrechen oder Risse im Grauguss des Reibrings aufgrund der Kräfte beim Nieten bzw. allgemein beim Verspannen der Verbindungsmittel zu verhindern, können auch geeignete Unterlagscheiben (in Stahl bzw. Federstahl, bspw. in Form einer Tellerfeder) zwischen dem Nietschließkopf (oder dgl.) und dem Reibring vorgesehen sein, um die beim Nieten bzw. Verspannen entstehenden Spannungen abzufangen. Selbstverständlich wäre entsprechendes auch am Kragen des Bremsscheibentopfes möglich.
- Des Weiteren kann der Bremsscheibentopf über eine Zentrierung („Zentrieransatz”) in Form eines überstehenden Bundes verfügen, welcher das (Vor-)Fügen vereinfacht. Zusätzlich und zur Verbesserung der Anlagefläche und Tragfläche und zur Verringerung von (Spalt-)Korrosion kann der Bremsscheibentopf mit dem Reibring in diesem Zentrierungsbereich über Reibschweißen (vor)verbunden werden. Hierbei wird der Topf mit der Bremsscheibe fixiert und das (Vor)Fügen für den Herstell-Prozess, in welchem die Verbindungselemente zwischen Reibring und Bremsscheibentopf fixiert werden, sowie für einen vorhergehenden insbesondere spanenden Herstellschritt, in welchem die besagten Material-Aussparungen zur zumindest teilweisen Platzierung der Verbindungsmittel beispielsweise durch Bohren hergestellt werden, wesentlich vereinfacht.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels werter erläutert. Erfindungswesentlich können sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein und es zeigt
-
1 eine erfindungsgemäße Bremsscheibe in räumlicher Darstellung mit Blick auf den Bremsscheibentopf, -
2 die Bremsscheibe nach1 im Schnitt (die Schnittebene enthält die Drehachse), gegenüber1 um eine in der Zeicheneben liegende Vertikalachse gedreht, mit einem unter den Nietschließköpfen liegenden Stahlband, -
3 einen vergrößerten Teilschnitt gemäß2 einer Bremsscheibe ohne das Stahlband aus2 -
4 die Aufsicht auf die Topf-Seite der Bremsscheibe, sowie -
5 eine Explosionsdarstellung der Bremsscheibe mit Stahlband (gemäß2 ) - Die in den Figuren dargestellte Bremsscheibe
1 besteht aus einem Bremsscheibentopf3 und einem Reibring2 und ist (wie üblich) für die Montage an einer nicht gezeigten Radnabe vorgesehen, um mit dieser im Betrieb um die Drehachse D zu rotieren. Der einstückige innengekühlte und in Grauguss gefertigte Reibring2 besteht aus zwei Reibscheiben2' ,2'' mit dazwischen liegenden und diese miteinander verbindenden Kühlluftführungen2''' . Die in Axialrichtung, d. h. in Richtung der Drehachse D betrachtet näher am Bremsscheibentopf3 liegende ringförmige Reibscheibe2' erstreckt sich in Radialrichtung R (bezüglich der Drehachse D) betrachtet mit einem sog. Befestigungsfortsatz9 um ein gewisses (geringes) Maß weiter zur Drehachse D hin als die andere in Axialrichtung weiter vom Bremsscheibentopf3 entfernte Reibscheibe2'' . - Im Überlappungsbereich zwischen dem genannten Befestigungsfortsatz
9 der Reibscheibe2' und einem vom freien Ende des bezüglich der Drehachse D kreiszylindrischen Mantels3a des Bremsscheibentopfes3 in Radialrichtung R abstehenden Kragen3b ist der Bremsscheibentopf3 über sich in Axialrichtung erstreckende Verbindungselemente5 in Form von Nieten (für diese wird ebenfalls die Bezugsziffer5 verwendet) mit der Reibscheibe2' und somit mit dem Reibring2 verbunden. In diesem Sinne wird vorliegend (und insbesondere in der Beschreibungseinleitung) von einer Verbindung zwischen dem Bremsscheibentopf3 und dem Reibring2 gesprochen. - In den Mantel
3a des Bremsscheibentopfes3 sowie in geringem Umfang auch in den Boden3c des Bremsscheibentopfes3 sind gleichmäßig über dem Umfang des Bremsscheibentopfes3 verteilt Aussparungen7 eingebracht, in welche die Nieten5 bzw. Verbindungsmittel5 hineinragen, d. h. in denen die Nieten5 zumindest anteilig platziert sind. Jede dieser Aussparungen7 , welche auch als Abschnitte7 mit reduzierter Wandstärke bezeichnet werden und auch in Form eines Durchbruchs gestaltet sein kann, erstreckt sich in Axialrichtung, um den jeweils zugehörigen ebenso orientierten Niet5 zumindest teilweise nicht nur aufnehmen, sondern auch setzen, d. h. wie ersichtlich in Axialrichtung montieren zu können. Dabei besitzen diese Aussparungen7 vorliegend die Form eines Halbkreis-Zylinders und sind bspw. durch spanende Bearbeitung solchermaßen in den Mantel3a des Bremsscheibentopfes3 eingebracht, dass dieser Mantel3a im Bereich dieser Aussparungen7 zwar geschwächt ist, jedoch innen, d. h. von der Drehachse D aus betrachtet noch eine geschlossene Wand bildet. Alternativ können die Aussparungen7 jedoch auch näher zur Drehachse D hin platziert sein, so dass der Mantel3a über diese Aussparungen7 in Radialrichtung R betrachtet tatsächlich Durchbrüche aufweist. Selbstverständlich sind auch im Kragen3b des Mantels3a Durchbrüche in Form von Bohrungen quasi als Fortsetzung zu den Aussparungen7 vorgesehen, durch welche die Verbindungselemente5 hindurch gesteckt sind. Wesentlich ist, dass die Aussparungen7 am Außenumfang des Bremsscheibentopf-Mantels3a vorgesehen sind, so dass die Nieten5 (bzw. Verbindungsmittel5 ) zwar einerseits von außen her in Radialrichtung R betrachtet sichtbar sind, aber andererseits erfindungsgemäß aufgrund dieser Aussparungen7 näher zur Drehachse D hin angeordnet (platziert) sein können, als wenn diese Aussparungen7 nicht vorhanden wären. Dies ermöglicht – wie eingangs bereits erläutert – die Darstellung einer Bremsscheibe3 mit relativ geringem Durchmesser, indem die besagten Aussparungen7 die Verbindungselemente/Nieten5 nicht nur teilweise aufnehmen, sondern auch deren Montage ermöglichen. - Bereits erwähnt wurde, dass die Aussparungen
7 zumindest annähernd bzw. im wesentlichen in Form eines Halbkreis-Zylinders gestaltet sind, wobei die die Längsachse eines Vollzylinders, aus dem der jeweilige Halbkreis-Zylinder gebildet ist, enthaltende Mittenebene des genannten Vollzylinders praktisch eine Tangential-Ebene an die Oberfläche des Mantels3a des Bremsscheibentopfes3 ist. Wie insbesondere aus3 hervorgeht kann der Mantel3a in Radialrichtung R von außen zur Drehachse D hin betrachtet zwischen zwei benachbarten Aussparungen7 konkav geformt sein, so dass der Mantel3a über dem Umfang integriert betrachtet unter Berücksichtigung der besagten Aussparungen7 annähernd eine gleichmäßige Wandstärke aufweist. - Der ansonsten im Wesentlichen zylindrische Bremsscheibentopf-Mantel
3a ist über seinen bereits genannten und von seinem dem Boden3c des Topfes3 abgewandten Ende abragenden Kragen3b mittels Nieten5 als Verbindungsmittel (5 ) unter Anwendung eines Taumel-Niet-Verfahrens mit dem Reibring2 verbunden, wobei – wie bereits erläutert – diese Nieten5 aufgrund der Aussparungen7 im Mantel3a möglichst nahe am Bremsscheibentopf-Mantel3a , genauer sogar zumindest teilweise im Bremsscheibentopf-Mantel3a platziert sind. Ein Zentrieransatz8 am Kragen3b des Bremsscheibentopfs3 zentriert den Bremsscheibentopf3 bezüglich des Reibrings2 bzw. der Reibscheibe2' (bzw. umgekehrt), und genauer bezüglich deren Befestigungsfortsatz. Es können die beiden separat gefertigten Bauteile Bremsscheibentopf3 und Reibring2 aber auch über die Nieten5 selbst zueinander zentriert sein oder über eine Fügestelle zwischen dem Reibring2 und dem Bremsscheibentopf3 , die als Press- oder Schrumpfsitz oder als stoffschlüssige Verbindung ausgebildet ist. - Sowohl in
3 als auch in5 erkennt man ein ringförmiges Stahlband4 , welches an der Innenseite der Reibscheibe2' unterhalb der Schließköpfe aller Nieten5 anliegt. Dieses Stahlband4 bzw. ein entsprechender Federstahlring wurden vor der Figurenbeschreibung ausführlicher erläutert. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- DE 10032972 A1 [0003]
Claims (12)
- Bremsscheibe (
1 ) für eine Scheibenbremse, die aus einem Bremsscheibentopf (3 ) und wenigstens einem mit diesem über Verbindungsmittel (5 ) verbundenen Reibring (2 ) besteht, wobei der Mantel (3a ) des Bremsscheibentopfs (3 ) mit Abschnitten (7 ) mit reduzierter Wandstärke und/oder Durchbrüchen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass diese am Aussenumfang des Bremsscheibentopf-Mantels (3a ) befindliche und axial gerichtete Material-Aussparungen (7 ) sind, die der/zur zumindest teilweisen Platzierung der Verbindungsmittel (5 ) dienen. - Bremsscheibe (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf (3 ) aus Leichtmetall oder aus Stahl oder aus einem Nichtmetallwerkstoff besteht. - Bremsscheibe (
1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Reibring (2 ) und Bremsscheibentopf (3 ) über die Verbindungsmittel (5 ) und/oder über zumindest einen Zentrieransatz (8 ) zueinander zentriert sind. - Bremsscheibe (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (2 ) wenigstens einen von der Reibfläche nach innen gerichteten Befestigungsfortsatz (9 ) aufweist, mit dem ein Kragen (3b ) des Bremsscheibentopf-Mantels (3a ) durch axial gerichtete Verbindungsmittel (5 ) verbunden ist. - Bremsscheibe (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fügestelle zwischen Reibring (2 ) und Bremsscheibentopf (3 ) als Press- oder Schrumpfsitz oder als stoffschlüssige oder formschlüssige Verbindung ausgebildet ist. - Bremsscheibe (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stahlring im Bereich von Kontaktstellen von Radfelge zu Bremsscheibentopf (3 ) in eine Vertiefung des Bremsscheibentopfes (3 ) eingesetzt oder eingegossen ist. - Bremsscheibe (
1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindungsmittel (5 ) Niete (5 ) vorgesehen sind. - Bremsscheibe (
1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Bremsscheibentopf (3 ) und der Reibring (2 ) mittels eines Taumel-Niet-Verfahrens verbunden sind. - Bremsscheibe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass gerändelte und/oder gestauchte und/oder gestufte Nieten (
5 ) zur Erzeugung eines ein spielfreier Formschlusses vorgesehen sind. - Bremsscheibe (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen Nietschließköpfen und der Anbindungsfläche des Reibrings (2 ) ein ringförmiges Stahlband befindet. - Bremsscheibe (
1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (2 ) zwischen den Nietschließköpfen in axialer Richtung Erhöhungen besitzt, damit das Stahlband aufgrund der Niveauunterschiede wellig verspannt wird/alternativ wellenförmiger Stahlring. - Bremsscheibe (
1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Nieten Unterlegscheiben aus Federstahl vorgesehen sind.
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