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Die Erfindung betrifft eine Verbundbremsscheibe und findet insbesondere für PKW und Motorräder Anwendung.
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Bremsscheiben, die aus Gründen der Gewichtsreduktion als Verbundkonstruktion ausgeführt sind, finden zunehmend Anwendung im Bereich der Straßenfahrzeuge und sind in unterschiedlichen Ausführungsarten bekannt.
Nachteilig bei den meisten am Markt eingesetzten Konstruktionen ist die Verwendung eines Bremsscheibentopfes aus Aluminium, der bei höheren Temperaturbeanspruchungen aufgrund der Reduzierung der Werkstofffestigkeitswerte, eine entsprechende Beabstandung vom Reibringinnendurchmesser oder eine aufwendigere Konzeption durch Zusatzelemente wie Edelstahlstifte zur Folge haben. Dies führt zu einer Reduzierung des Leichtbaupotentials und des Reibpfads und/oder zu einer Erhöhung der Herstellungskosten.
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Bremsscheiben fungieren unter anderem als Wärmespeicher der anfallenden Bremsenergie, der sogenannten thermischen Masse. Das Abkühlen erfolgt in der Kombination aus Strahlung, Konvektion und Wärmeleitung. Bekannte innenbelüftete Bremsscheiben mit einem Bremsring aus einem homogenen Werkstoff verfügen als Wärmeaustauschfläche im Wesentlichen über die äußere Reibfläche und die Fläche zwischen den Reibblättern samt Noppen oder Rippen dazwischen. Vereinzelt sind Bohrungen, sogenannte Perforationen in der Reibfläche bekannt, die neben einer optischen Wirkung auch ein besseres Ansprechverhalten der Bremse bei Nässe ermöglichen. Im Falle von Grauguss sind hier aber Grenzen gesetzt, da in der geometrischen Ausführung dieser Perforationslöcher durch trichterförmigen Einlauf und zylindrische Fortführung sowohl das Verschleißverhalten des Bremsbelags, als auch die Rissgefahr im Grauguss nicht erhöht werden darf. In der Folge weisen solche Bremsscheiben eine reduzierte Verschleißdicke von nur 1 mm gegenüber bis zu 2 mm bei nicht perforierten Scheiben auf.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2011 011 004 A1 ist eine Verbundbremsscheibe bekannt, die einen Bremsscheibentopf und einen zugehörigen Bremsring umfasst. Mittels eines Fügeprozesses sind die Bauteile miteinander verbunden, wobei ein innerseitiges Bremsring-Zahnprofil in ein Bremsscheibentopf-Zahnprofil eingreift. Das Bremsscheibentopf-Zahnprofil weist Bremsscheibentopf-Zahnflanken in Kreisbogen-Form auf, wohingegen das Bremsring-Zahnprofil Bremsring-Zahnflanken in Evolventen-Form aufweist. Diese unterschiedliche Verzahnungsform führt zu einer Verbindung zwischen Bremsscheibentopf und Bremsring. Nachteilig bleibt dennoch bei Grauguss als Reibwerkstoff die mangelnde Eignung zur Beschichtung des Bremsrings durch Verschleißschutzschichten.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2010 048 075 B4 ist eine Bremsscheibe und ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Die Bremsscheibe umfasst einen Grundkörper aus einem graphithaltigen metallischen Werkstoff. Der Bremstopf und Bremsring sind einteilig in dem Grundkörper ausgebildet, wobei der Grundkörper aus einem Grauguss besteht derart, dass der Graphit in Lamellenform vorliegt und die Reibflächen bildet. Die Reibflächen sind mit einer Verschleißschutzschicht versehen, wobei die Oberflächenschicht der Reibfläche des Reibrings keinen Graphit aufweist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbundbremsscheibe zu entwickeln, welche einen einfachen konstruktiven Aufbau als Verbundkostruktion mit einem Leichtbaumerkmal aufweist und zusätzlich eine Gewichtseinsparung durch ein besseres Kühlverhalten ermöglicht. Die gemäß dem Stand der Technik bekannten Nachteile können bei der erfindungsgemäßen Ausführung reduziert werden.
Des Weiteren soll der Reibwert zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag anpassbar und der Verschleiß, insbesondere der Bremsstaub signifikant reduziert werden.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung betrifft eine Verbundbremsscheibe insbesondere für Straßenfahrzeuge, vorzugsweise für PKW und Motorräder. Die Verbundbremsscheibe weist einen Bremstopf und einen mit dem Bremstopf verbundenen Bremsring auf, wobei der Bremsring aus einem ersten Reibblatt und einem zweiten Reibblatt besteht. Erfindungsgemäß sind der Bremstopf und der Bremsring aus Stahl gefertigt. Bei Motorrädern kann der Nachteil des gegenüber Grauguss etwas geringeren Reibwerts durch einen größeren wirksamen Reibradius kompensiert werden. Durch den allgemeinen Trend bei Modellwechseln von Pkw größere Räder zu verbauen kann ebenso eine im Durchmesser größere Bremsscheibe mit größerem Reibradius eingesetzt werden.
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Die Reibblätter sind parallel liegend angeordnet und weisen auf der Bremsfläche der Reibblätter verteilte Bohrungen auf. Das erste Reibblatt ist mit dem zweiten Reibblatt mittels, zwischen den Reibblättern angeordneten Distanzhülsen verbunden. Die Distanzhülsen sind derart ausgebildet, dass sie an ihrem ersten und zweiten Ende einen den Außendurchmesser der Distanzhülse verringernden Absatz aufweisen, wobei der Außendurchmesser des ersten Absatzes der Distanzhülse mit dem Innendurchmesser der Bohrungen des ersten Reibblattes und der Außendurchmesser des zweiten Absatzes der Distanzhülse mit dem Innendurchmesser der Bohrungen des zweiten Reibblattes korrespondiert.
Durch die Kombination aus Bremstopf und Bremsring mit Bohrungen und Distanzhülsen wird so eine innenbelüftete Bremsscheibe mit Perforationen in Verbundbauweise umgesetzt.
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Die Distanzhülse weist eine erste Durchgangsbohrung entlang der Längsachse der Distanzhülse und eine zweite, orthogonal zu der ersten Durchgangsbohrung angeordnete, zweite Durchgangsbohrung auf. In Bezug auf die Längsachse der Distanzhülse ist die zweite Durchgangsbohrung zentriert, das heißt mittig in der Distanzhülse angeordnet. Die Durchgangsbohrungen dienen als Kühlkanäle und Oberflächenvergrößerung für die weitere Wärmeabführung.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Bremstopf und/oder der Bremsring eine Beschichtung auf. Der Stahl lässt sich mit bestehenden Verfahren einer Beschichtung bearbeiten, wobei die Gefahr der Ablösung der Verschleißschutzschicht auch aufgrund geringerer Unterschiede der Wärmeausdehnung des Stahls reduziert ist.
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Die Verbundbremsscheibe ist derart ausgestaltet, dass der Bremstopf mit dem Bremsring mittels Formschluss verbindbar ist derart, dass eine Außenkontur des Bremstopfes in eine Innenkontur des Bremsrings eingreift.
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Erfindungsgemäß ist durch ein verbessertes Abkühlverhalten weiteres Gewicht der Bremsscheibe zu verringern ohne die Funktionseigenschaften zu tangieren, was eine Vermeidung von Fading bedeutet. Während bei der Auslegung konventioneller Bremsscheiben ein Aspekt die Beharrungstemperatur darstellt und damit das Gewicht des Bauteils als Wärmespeicher bestimmt, soll durch innenbelüftete Distanzhülsen, vorzugsweise auch mit Mehrfachöffnungen zur Durchströmung des Kühlkanals, eine verbesserte Kühlung infolge Oberflächenvergrößerung und direkter Durchströmung ermöglicht werden. Die thermische Masse wird somit weiter reduziert. Damit werden auch die Nachteile des spezifischen Gewichtes von Grauguss zu Stahl (Verhältnis 7,2 zu 7,8) eliminiert.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Bremsscheibe,
- 2 eine Distanzhülse mit Kühlkanälen.
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Die erfindungsgemäße Bremsscheibe ist in 1 dargestellt, wobei die Bremsscheibe einen Bremstopf 1 und einen Bremsring 2 aufweist. Der Bremstopf 1 weist eine Zentrierbohrung 1.1 für die Montage der Bremsscheibe auf einer Radnabe sowie weitere Bohrungen 1.2 für die Radschrauben auf.
Der Bremsring 2 ist mehrteilig aufgebaut, wobei ein erstes Reibblatt 2.1 und ein zweites Reibblatt 2.2 die Auflagefläche für die Bremsbeläge bilden.
Das erste und zweite Reibblatt 2.1, 2.2 sind beabstandet zueinander koaxial liegend angeordnet. Die Reibblätter 2.1, 2.2 weisen auf der Reibfläche 2.3 mehrere gleichmäßig verteilte Durchgangsbohrungen 2.4 auf, wobei die Durchgangsbohrungen 2.4 des ersten Reibblattes 2.1 mit den Durchgangsbohrungen 2.4 des zweiten Reibblattes 2.2 fluchten. Zwischen den Reibblättern 2.1, 2.2 sind Distanzhülsen 3 angeordnet, wobei jede Distanzhülse 3 mit einem ersten Ende in eine Durchgangsbohrung 2.4 des ersten Reibblattes 2.1 und mit ihrem zweiten Ende in eine Durchgangsbohrung des zweiten Reibblattes 2.2 eingreift.
Eine detaillierte Ausgestaltung der Distanzhülsen 3 ist in 2 dargestellt. Die Distanzhülse 3 ist zylinderförmig aufgebaut und weist an ihrem ersten und zweiten Ende einen den Außendurchmesser d der Distanzhülse verringernden Absatz 3.1, 3.2 auf, wobei der Außendurchmesser des ersten Absatzes 3.1 der Distanzhülse 3 mit dem Innendurchmesser der Bohrungen 2.4 des ersten Reibblattes 2.1 und der Außendurchmesser des zweiten Absatzes 3.2 der Distanzhülse 3 mit dem Innendurchmesser der Bohrungen 2.4 des zweiten Reibblattes 2.2 korrespondiert.
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Die Distanzhülse 3 weist eine erste Durchgangsbohrung 3.3 entlang der Längsachse A der Distanzhülse 3 auf. Eine zweite Durchgangsbohrung 3.4 ist orthogonal zu der ersten Durchgangsbohrung 3.3 angeordnet, wobei die zweite Durchgangsbohrung 3.4 auf der halben Länge der ersten Durchgangsbohrung 3.3 diese schneidet. In montiertem Zustand befindet sich die zweite Durchgangsbohrung 3.4 in dem Spalt zwischen dem ersten Reibblatt 2.1 und dem zweiten Reibblatt 2.2.
Die erste und zweite Durchgangsbohrung 3.3, 3.4 dienen der Kühlung als Kühlkanal sowie zur Oberflächenvergrößerung der gesamten Bremsscheibe, wodurch mehr Wärme abgeführt werden kann.
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Durch die innenbelüfteten Distanzhülsen, vorzugsweise auch mit Mehrfachöffnungen zur Durchströmung des Kühlkanals kann eine verbesserte Kühlung infolge von Oberflächenvergrößerung und direkter Durchströmung ermöglicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremstopf
- 1.1
- Zentrierbohrung
- 1.2
- Bohrung Radschrauben
- 2
- Bremsring
- 2.1
- Erstes Reibblatt
- 2.2
- Zweites Reibblatt
- 2.3
- Reibfläche
- 2.4
- Durchgangsbohrung
- 3
- Distanzhülse
- 3.1
- Erster Absatz
- 3.2
- Zweiter Absatz
- 3.3
- Erste Durchgangsbohrung
- 3.4
- Zweite Durchgangsbohrung
- A
- Längsachse
- d
- Außendurchmesser Distanzhülse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011011004 A1 [0004]
- DE 102010048075 B4 [0005]
