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Die Erfindung betrifft einen Reibring wie insbesondere eine Bremsscheibe mit einer Nut in zumindest einer Reibfläche für eine Scheibenbremse und mit den Merkmalen vom Oberbegriff vom Anspruch 1. Ein derartiger Reibring geht aus der
JP 2005-308051 A hervor.
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Eine Bremsscheibe geht aus der
DE 195 12 934 C2 hervor und verfügt im Wesentlichen über einen Nutverlauf der nach zwei oder mehr Umrundungen der Rotationsachse in sich geschlossen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Reibring anzubieten, der eine besonders günstige Balance zwischen Leistungsfähigkeit, Kosteneffizienz bei einfacher Herstellbarkeit, Bremskomfort und auch Zuverlässigkeit anbietet, und folglich auf qualitätsgesichertem sowie preisgünstigem Wege eine Grossserienapplikation ermöglicht, die zudem stabil und dauerfest ist.
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Zur Lösung des Problems wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein Kanal im Zentrum von einer Gabelung der Nut angeordnet ist. Die Erfindung ermöglicht die Verkürzung der Anhaltewege eines Fahrzeugs bei nassem Reibring, indem beispielsweise eine verbesserte Drainage der Reibflächen ermöglicht ist. Zudem werden ungefederte Massen im Bereich der Radbremse also der Komfort verbessert. Die Erfindung ist sehr flexibel und dabei kostengünstig einsetzbar weil diese unmittelbar auf die Reibringe übertragbar ist, ohne dass zwangsläufig eine einstückige Bremsscheibengestaltung nötig ist. Ebenso eignet sich die Erfindung sowohl für massive, unbelüftet ausgeführte Reibringe wie auch für die belüfteten Reibringe mit entsprechenden Kühlkanälen. Prinzipiell kann der Kanal unmittelbar beim Urformen, also gießen, des metallischen Reibrings (vorzugsweise aus lamellarem Graugusswerkstoff) mit ausgeformt werden, so dass der Metallgusswerkstoffbedarf um das eingesparte Füllvolumen vom Kanal verringert ist, oder der Kanal wird einfach gesondert gefertigt, indem anschließend an die zerspanende Nutfertigung ein gesonderter Zerspanungsprozess vorgenommen wird, so dass Gussformwerkzeuge unverändert weiternutzbar sind.
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Bei Ausgestaltung mit massivem Reibring ist prinzipiell vorgesehen, dass der Kanal mit einem offenen Rückabschnitt in eine rückwärtige Reibfläche, oder in eine Nut von dieser rückwärtigen Reibfläche, einmündet. Wenn die rückwärtige Nut spiegelsymmetrisch zur frontseitigen Nut arrangiert ist, kann der Zerspanprozess in einem Arbeitsgang, durchgehend vorgenommen werden. Unabhängig davon ist es natürlich auch möglich, front- und rückwärtige Nut gegeneinander am Umfang versetzt vorzusehen, um das Komfortverhalten der Bremsscheibe zu beeinflussen. Dementsprechend ist es sowohl bei massiver als auch belüfteter Bremsscheibe jeweils möglich, Kanalpaare (front- und rückseitigen Kanal) gemeinschaftlich miteinander fluchtend (als Durchgangsloch abgebohrt) oder im Winkel zueinander versetzt, als Sackloch, zu fertigen.
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Bei Ausgestaltung mit belüftetem Reibring wird vorgeschlagen, dass jeder Kanal mit einem offenen Rückabschnitt in einen Kühlkanal einmündet. Dabei ist die Einmündung im Wesentlichen orthogonal zum radial erstreckten Kühlkanal ausgerichtet.
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Mit Vorteil verfügt der Kanal über einen kreisförmigen Querschnitt mit einem konstant längs seiner Kanalachse durchgehenden Durchmesser. Durch den Kreisquerschnitt wird Kerbspannung wirksam reduziert.
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In zusätzlicher Variation der Erfindung kann der Kanal zwei oder mehr unterschiedliche kreisförmige Durchmesserabschnitte aufweisen. Dadurch ist es möglich, Einfluss zu nehmen auf weitere Eigenschaften der Bremsscheibe (Schirmung, elastische Verformung, akustisches Verhalten, Gewicht). Nebenbei ist dadurch das optische Erscheinungsbild bei uneingeschränkt stabilem Aufbau variierbar. Mit besonderem Vorteil verfügt der Kanal zwischen seinen unterschiedlichen Durchmesserabschnitten über einen versenkt platzierten Übergangsabschnitt. Dieser Übergangsabschnitt von dem Kanal kann insbesondere als Stufe oder als Profil, wie insbesondere als konisch ausgeführte, kugelkalottenförmige oder kegelstumpfförmige Senkung ausgebildet sein.
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Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf ein Zerspanungsverfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe mit einer Nut für eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugscheibenbremse wobei eine gegossene Bremsscheibe zum Einbringen zumindest einer reibflächenseitigen Nut in einer Spannvorrichtung einer Bearbeitungsstation eingespannt bleibt, und dass die Nut mittels eines spanabhebenden, die Nutkontur aufweisenden, Werkzeugs in die zumindest eine Reibfläche eingebracht wird, indem das Bearbeitungswerkzeug eine Vorschubbewegung ausführt die orthogonal zur Rotationsachse gerichtet ist, und wobei die Vorschubbewegung mit einer Rotation der Bremsscheibe synchronisiert ist, um die geschlossene Nutkontur zu erzeugen und wobei in einem nachgeschalteten Arbeitsprozess der Kanal zerspant wird, indem wenigstens ein Zerspanwerkzeug eine rotierende Schneidbewegung und eine parallel zur Rotationsachse gerichtete Vorschubbewegung in Richtung auf die Bremsscheibe zu ausführt. Die Kanalzerspanung erfolgt aus Effizienzgründen vorzugsweise in derselben Einspannung, die zur Fertigung der Nut vorgesehen ist.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Bremsscheibe um Ihre Rotationsachse verdreht sowie in Relation zu einem Zerspanwerkzeug ausgerichtet, bevor der Kanal gespant wird. In besonders vorteilhafter Weise wird eine Nutgabelung in der Bearbeitungsvorrichtung optisch erfasst, sowie zur Ausrichtung der Bremsscheibe in Bezug auf ein Zerspanwerkzeug herangezogen.
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In weiterer Verbesserung der Effizienz in der Zerspanung wird vorgeschlagen, dass nach einer Ausrichtung der Bremsscheibe sämtliche Kanäle zeitgleich in einem einzigen Zerspanprozess zerspant werden, und wobei zu diesem Zweck eine Mehrspindelzerspankrone mit mehreren, gleichzeitig im Eingriff befindlichen Zerspanwerkzeugen auf die Bremsscheibe einwirkt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Beschreibung zusammen mit der Zeichnung erläutert.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 Frontansicht einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe in erster Ausgestaltung (belüftete Variante),
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2 perspektivische Frontansicht der Bremsscheibe in 1,
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3 Schnitt entlang der Linie III-III in 1,
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4 Perspektivische Rückansicht einer anderen Ausgestaltung der Erfindung (unbelüftete, massive Bremsscheibe),
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5 Schnitt entlang der Linie V-V in 4,
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6 vergrößerte Einzelheit VI in 1 + 3 im Schnitt,
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7 vergrößerte Einzelheit VII in 6,
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8 vergrößerter Schnitt durch einen abgestuft versenkt ausgebildeten Übergangsabschnitt mit Kanal am Beispiel eines belüfteten Reibrings,
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9 wie in 8 eine nochmals vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in 1,
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10 vergrößerter Schnitt durch einen abgestuft versenkt ausgebildeten Übergangsabschnitt mit Kanal am Beispiel eines massiven Reibrings,
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11 vergrößerter Schnitt durch einen kegelförmig profiliert ausgebildeten Übergangsabschnitt mit Kanal am Beispiel eines massiven Reibrings.
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Die in der Zeichnung dargestellte Bremsscheibe
1 ist in allen Ausführungsbeispielen einstückig aus Metallgusswerkstoff wie insbesondere GG25 gegossen und verfügt über einen topfförmigen Halteabschnitt
2 und einen Reibring
3, der auf beiden Axialseiten – also frontseitig (fahrzeugaussenseitig) sowie rückseitig also (fahrzeugradhausseitig) jeweils eine kreisringförmige Reibfläche
4,
5 trägt. Im Kraftfahrzeug kooperieren die um ihre Rotationsachse
7 drehenden Reibflächen
4,
5 mit zugeordneten, nicht gezeigten, Reibbelägen der Scheibenbremse. Jede Reibfläche
4,
5 ist mit zumindest einer wellenförmigen Nut
6 versehen, Die Nut
6 hat bevorzugt einen U- oder V-förmigen Nutquerschnitt mit einem Öffnungswinkel von beispielsweise etwa 70° (vgl.
7). Die Nut
6 ist nach zwei Umdrehungen in sich geschlossen. Also erstreckt sich die Nut
6 quasi endlos um die Rotationsachse
7 herum. Die Nut wird durch einen Boden
8 begrenzt. Insoweit stimmt der Reibring
3/die Bremsscheibe
1 im Wesentlichen mit dem Gegenstand nach der
DE 195 12 934 C2 überein, deren Inhalt der Einfachheit halber in vollem Umfang mit einbezogen ist.
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Parallel zur Rotationsachse 7 gerichtet ist in jedem Reibring 3 wenigstens ein Kanal 9 integriert. Der Kanal 9 mündet mit einem offenen Frontabschnitt 10 in den Boden 8 von der Nut 6. Bei massiv, unbelüftet, gestaltetem Reibring 3 mündet der Kanal 9 mit einem offenen Rückabschnitt 11 in die rückwärtige Reibfläche 5 oder aber in die Nut 6 von dieser rückwärtigen Reibfläche 5 ein. Bei den belüftet dargestellten Reibringen 3 sind mehrere jeweils radial gerichtet verlaufende Kühlkanäle 12 vorgesehen. Bei dieser Variante mündet jeder Kanal 9 mit einem offenen Rückabschnitt 11 in einen der Kühlkanäle 12 ein.
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Die Verteilung mehrerer Kanäle 9 am Boden 8 von der Nut 6 ist so gewählt dass möglichst viele, kombinatorisch günstige Wirkungen gleichzeitig erzielt werden. Prinzipiell kann der gesamte Boden 8 der Nut 6 mit regelmäßig zueinander beabstandet angeordneten Kanälen 9 perforiert sein. Es bietet sich aus kombinatorisch vorteilhaften Gesichtspunkten an, dass ein Kanal 9 jeweils im Zentrum 13 von einer Gabelung von der Nut 6 platziert angeordnet ist.
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Wie den Figuren zu entnehmen ist, verfügt der Kanal 9 über einen kreisförmigen Querschnitt mit einem einheitlichen Durchmesser. Es ist jedoch in Variation auch denkbar, dass jeder Kanal 9 wenigstens zwei oder mehr unterschiedliche Durchmesserabschnitte aufweist. Dadurch ist es möglich, in erweitertem Umfang auf die Eigenschaften vom Reibring 3 Einfluss zu nehmen. Über die kanalartige Verbindung zwischen Nut 6 und Kanäle 9 wird es verstärkt ermöglicht, bei Nässe die Entwässerungsleistung des Reibrings 3 zu erhöhen, ohne eine Beeinträchtigung von Dauerfestigkeit, Zuverlässigkeit oder Bremskomfort befürchten zu müssen. Des weiteren wird empfohlen, dass der Kanal 9 zwischen seinen unterschiedlichen Durchmesserbereichen über einen besonders ausgeformten Übergangsabschnitt verfügt. Dieser Übergangsabschnitt kann beispielsweise als Stufe oder als Profil, wie insbesondere als Kegelsenkung, Kalotte oder ähnliches mehr ausgebildet sein, um einen möglichst dauerfesten Spannungsverlauf im Reibring 3 zu ermöglichen.
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Soweit der Kanal
9 nicht einfach schon im Gießverfahren mit der Reibringurformung mitgeformt wird, empfiehlt es sich – gesondert zu dem bekannten Guß- und Zerspanungsprozess gemäß
DE 195 12 934 C2 – zur Verkürzung der Prozesszeiten folgendes Fertigungsverfahren. Nach dem Urformen und dem Putzen vom Reibringrohling wird dieser in eine Spannvorrichtung von einem Bearbeitungszentrum eingespannt. Die noch rohen Reibflächen
4,
5 werden planparallel zueinander gespant, bevorzugt abgedreht, indem der Reibring
3 jeweils mit optimaler Schnittgeschwindigkeit drehzahlgeregelt um die Rotationsachse
7 rotiert, während ein Drehmeißel orthogonal zur Rotationsachse
7 eine Vorschubbewegung ausführt. Anschließend wird die Nut
6 mittels Einstechdreh- oder mittels Fräsverfahren zerspant. Dabei kommt bevorzugt ein präzise maßhaltig auf den gewünschten Nutquerschnitt abgestimmter Formdrehmeißel oder ein Formfräser zum Einsatz, wobei das Drehwerkzeug über die gesamte gewünschte Nutbreite oder das Fräswerkzeug über den gesamten gewünschten Nutquerschnitt vollständig im Zerspanungseingriff steht. Während dem Werkzeugeingriff wird der Reibring
3 um seine zentrale Rotationsachse
7 gedreht. Dieser Prozess ermöglicht es, dass die notwendige Anzahl der Umdrehungen vom Reibring
3 auf das zwingend notwendige Minimum zum Schließen der Nutkontur reduziert werden kann. Also ist mit dem vorgeschlagenen Verfahren eine Verkürzung der Bearbeitungszeit erreichbar. Nach diesen Fertigungsschritten wird in einem nachgeschalteten Arbeitsprozess der Kanal
9 gespant. Bei drehfest gelagertem Reibring
3 führt wenigstens ein, um die eigene Drehachse rotierendes, Fräs- oder Zerspanwerkzeug eine Schneidbewegung und zeitgleich eine Vorschubbewegung in Richtung auf den Reibring
3 aus, wobei die Vorschubbewegung parallel zur Rotationsachse
7 gerichtet ist.
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Zwecks präziser, wie insbesondere am Umfang gleichmäßig verteilt ausgerichteter Platzierung der Kanäle 9 ist vor jedem Zerspanprozess vorgesehen, dass der Reibring 3 durch Drehung um seine Rotationsachse 7 in Relation zum Zerspanwerkzeug ausgerichtet platziert (indexiert) und dann drehfest gelagert wird, bevor der Kanal 9 abgebohrt wird. Diese Ausrichtung erfolgt bevorzugt durch Unterstützung von optischen Bilddatenerfassungsprogramme und geigneter Sensorik.
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Alternativ zur Indexierung wird eine besonders effiziente Herstellung wie folgt vorgeschlagen. Es findet eine einzige Justierung vom Reibring 3 in Relation zum Fräs- oder Zerspanwerkzeug statt. Danach wird der Reibring 3 drehfest gelagert. Sämtliche Kanäle 9 werden zeitgleich in einem einzigen Fräs- und oder Zerspanarbeitsprozess zerspant. Dazu ist ein Mehrspindelfräs- oder bohrwerkzeug mit mehreren gleichzeitig arbeitenden Werkzeugen vorgesehen. Die Anzahl und Achsen der verschiedenen Fräs-/Zerspanwerkzeuge vom Mehrspindler sind entsprechend der gewünschten Kanalanzahl und Kanalanordnung für ein reproduzierbares Lochbild mit zueinander festgelegten Achsabständen ausgerichtet fixiert angeordnet.
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Für alle Varianten ist es möglich, die Kanäle 9 individuell am Umfang graduell zumindest geringfügig unregelmäßig versetzt zueinander anzuordnen, um beispielsweise bestimmte Schwingungsmoden vom Reibring 3 unter Beanspruchung zu kompensieren oder Unwuchten infolge Werkstoffdichteschwankungen auszugleichen. Mit Vorteil können in dieser geringfügig unregelmäßig versetzten Verteilung sämtliche Kanäle 9 einbezogen sein. Die Unregelmäßigkeiten im Muster zum Abbohren der Kanäle 9 sind am Umfang beispielhaft genau so gross bemessen, dass deren Toleranz beispielsweise etwas maximal +–1,5 mm beträgt, so dass diese planmäßige Unregelmäßigkeit im Muster der Verteilung der Kanäle 9 einem menschlichen Auge noch verborgen bleibt, also eine regelartige Kanalverteilung durch das menschliche Auge wahrgenommen wird. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, den Durchmesser der Kanäle 9 zumindest geringfügig zu variieren. Im Ergebnis ist durch diese besonders individuell varrierte Feinabstimmung, möglichst bezogen auf jeden individuellen Reibring 3, ein besonders fein gewuchteter Rundlauf erzielbar, welcher mit der zwingend regelgerecht sowie großindustriell-identischen Verteilung von identisch dimensionierten Kanälen 9 so nicht erzielbar ist.
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Obwohl die Erfindung anhand der Zeichnung ausschließlich in Bezug auf die einstückig gegossenen Bremsscheiben mit Reibring 3 und topfförmigem Halteabschnitt 2 erläutert worden sind, bietet sich deren Übertragung auf die Reibringe 3 von mehrstückig aufgebauten Bremsscheiben 1 an, ohne die Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremsscheibe
- 2
- Halteabschnitt
- 3
- Reibring
- 4
- Reibfläche
- 5
- Reibfläche
- 6
- Nut
- 7
- Rotationsachse
- 8
- Boden
- 9
- Kanal
- 10
- Frontabschnitt
- 11
- Rückabschnitt
- 12
- Kühlkanal
- 13
- Zentrum
