DE102019202698A1

DE102019202698A1 - Brake pad arrangement

Info

Publication number: DE102019202698A1
Application number: DE102019202698.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Barma
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-09-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsbelaganordnung (10) für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Rückenplatte (12), die mindestens ein erstes Plattenelement (18) und ein zweites Plattenelement (20) aufweist, wobei am ersten Plattenelement (18) ein Reibbelag (14) angeordnet ist, der bei einem Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs mit einer Bremsscheibe (15) in Kontakt steht, und wobei das zweite Plattenelement (20) bremssattelseitig angeordnet ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Plattenelemente (18, 20) mittels eines dreidimensionalen, fachwerkartigen Stabwerks (24) verbunden sind. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung der Bremsbelaganordnung (10) offenbart.The invention relates to a brake pad arrangement (10) for a disc brake of a motor vehicle, comprising a back plate (12) which has at least a first plate element (18) and a second plate element (20), a friction lining (14) on the first plate element (18). is arranged, which is in contact with a brake disc (15) during a braking operation of the motor vehicle, and wherein the second plate element (20) is arranged on the brake caliper side. The invention is characterized in that the plate elements (18, 20) are connected by means of a three-dimensional, lattice-like framework (24). A method for producing the brake pad arrangement (10) is also disclosed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsbelaganordnung für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art und ein Verfahren nach Anspruch 8 zur Herstellung der Bremsbelaganordnung.The invention relates to a brake pad arrangement for a disc brake of a motor vehicle according to the preamble of the patent claim 1 specified type and a method according to claim 8 for producing the brake pad arrangement.

Bremsbelaganordnungen, auch Bremsbeläge genannt, sind aus dem Stand der Technik bekannt. In Scheibenbremsen von Kraftfahrzeugen kommen mehrteilige Bremsbeläge zum Einsatz. Herkömmlicherweise besteht ein Bremsbelag aus einem meist elastischen Reibbelag, der beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Zwischenbelags auf eine Rückenplatte aufgebracht ist. Die Rückenplatte bildet die Basis des Bremsbelages, wobei sie meist aus metallischen Materialien, z.B. Stahl oder Grauguss, gefertigt ist, um die hohen Kräfte und Flächenpressungen, die bei einem Bremsvorgang entstehen, ausreichend abzudecken. Die Rückenplatte hat die Aufgabe den Reibbelag im Bremssattel zu führen und ihn bei einem Bremsvorgang mit der Bremsscheibe in Kontakt zu bringen.Brake pad arrangements, also called brake pads, are known from the prior art. Multi-part brake linings are used in disc brakes of motor vehicles. Conventionally, a brake lining consists of a mostly elastic friction lining, which is applied to a back plate, for example with the interposition of an intermediate lining. The back plate forms the base of the brake lining and is usually made of metallic materials, e.g. Steel or gray cast iron, is made to adequately cover the high forces and surface pressures that arise during braking. The back plate has the task of guiding the friction lining in the brake caliper and bringing it into contact with the brake disc during braking.

Die entsprechende Bremskraft wird meist mittels hydraulisch oder pneumatisch betätigten Bremszylindern aufgebracht, die rückseitig gegen die Rückenplatte wirken und diese in Richtung Bremsscheibe verschieben. Durch Pressen des Reibbelags an die Bremsscheibe wird Reibung erzeugt, die Wärme produziert. Dabei unterliegen der Bremsbelag sowie die Bremsscheibe mitunter einer starken Erwärmung, wodurch die Zuverlässigkeit der Bremswirkung beeinträchtigt werden kann. Ein großer Nachteil herkömmlieher Bremsbelaganordnungen ist, dass im Falle eines abgenutzten Reibbelags, der gesamte Bremsbelag, d.h. Rückenplatte und Reibbelag, ausgetauscht werden muss.The corresponding braking force is usually applied by means of hydraulically or pneumatically actuated brake cylinders that act on the back against the back plate and move it in the direction of the brake disc. By pressing the friction lining against the brake disc, friction is generated, which produces heat. The brake lining and the brake disc are sometimes subject to strong heating, which can impair the reliability of the braking effect. A major disadvantage of conventional brake pad assemblies is that in the event of a worn friction pad, the entire brake pad, i. Back plate and friction lining, must be replaced.

Rückenplatten für Scheibenbremsbeläge sind hinreichend bekannt. Aus Gründen der Gewichtsersparnis sowie aufgrund eines besseren thermischen Verhaltens ist es wünschenswert, im Bereich der Bremsanlagen Leichtbaumaterialien gegenüber herkömmlichen Materialien zu verwenden. In diesem Zusammenhang offenbart die DE 6 914 969 U einen Bremsbelagträger, der zur Gewichtseinsparung insbesondere aus einer Aluminium-Legierung ausgebildet ist.Back plates for disc brake linings are well known. For reasons of weight savings as well as better thermal behavior, it is desirable to use lightweight construction materials compared to conventional materials in the area of brake systems. In this context, the DE 6 914 969 U a brake lining carrier, which is formed in particular from an aluminum alloy to save weight.

Die Druckschrift GB 2 262 320 A beschreibt einen Bremsbelag, dessen Rückenplatte in ihren Endbereichen flexibler ist als in den Bereichen nahe an den Vorder- und Hinterkanten eines von der Rückenplatte getragenen Reibblocks. Diese Flexibilität reduziert thermische Spannungen derart, dass eine Rissbildung weniger wahrscheinlich ist, und kann durch eine Verringerung in der Materialstärke aufgrund von Fasen, Abstufungen oder Nuten erreicht werden.The pamphlet GB 2 262 320 A describes a brake lining whose back plate is more flexible in its end regions than in the areas close to the front and rear edges of a friction block carried by the back plate. This flexibility reduces thermal stresses in such a way that cracking is less likely, and can be achieved by reducing the material thickness due to chamfers, gradations or grooves.

Die DE 10 2007 017 785 B3 offenbart eine Rückenplatte, die ein dem Reibbelag zugewandtes Belagbett aufweist. Im Bereich des Belagbettes sind zur Erhöhung der Steifigkeit Längs- und Querrippen ausgebildet, die sich kreuzen und ein Gitter bilden. Die Rückenplatte weist aufgrund des Guss-Fertigungsverfahrens bei gleichzeitig geringerem Gewicht eine ähnliche Steifigkeit auf wie die einer gestanzten Stahlrückenplatte.The DE 10 2007 017 785 B3 discloses a back plate which has a lining bed facing the friction lining. In the area of the pavement bed, longitudinal and transverse ribs are formed to increase rigidity, which intersect and form a grid. Due to the cast manufacturing process, the back plate has a similar rigidity to that of a stamped steel back plate while being lighter.

Die WO 2013 045 275 A1 beschreibt eine Scheibenbremse, umfassend einen Bremsbelag der gattungsgemäßen Art. Die Rückenplatte weist auf der dem Reibbelag abgewandten Seite eine besondere Formgebung auf, die dem Verformungsverhalten des Bremssattels entgegenwirkt.The WO 2013 045 275 A1 describes a disc brake comprising a brake lining of the generic type. The back plate has a special shape on the side facing away from the friction lining, which counteracts the deformation behavior of the brake caliper.

Die DE 10 2005 009 398 A1 beschreibt beispielsweise ein Bremsbelagpaar für eine Scheibenbremse, wobei die jeweiligen Rückenplatten des zuspannseitigen und des reaktionsseitigen Bremsbelages entsprechend den jeweils auftretenden Belastungen, insbesondere Biegebelastungen, und dem Bauraum eines Bremssattels angepasst, unterschiedliche Konfigurationen und Dimensionierungen aufweisen. So ist beispielsweise vorgesehen, die Rückenplatten als Gussteile auszubilden, um eine flexible Formgebung der Rückenplatten, etwa mit Versteifungsrippen oder Formschlussteilen, zu ermöglichen.The DE 10 2005 009 398 A1 describes, for example, a pair of brake linings for a disc brake, the respective back plates of the application-side and reaction-side brake linings having different configurations and dimensions, depending on the loads occurring, in particular bending loads, and the installation space of a brake caliper. For example, provision is made for the back plates to be designed as cast parts in order to enable flexible shaping of the back plates, for example with stiffening ribs or form-fitting parts.

In der DE 10 2007 002 864 A1 ist eine mehrteilige Bremsbelaganordnung beschrieben, bei welcher der Reibbelag (Bremsbelag) unlösbar mit einem plattenförmigen Bremsbelagträger verbunden ist. Der Bremsbelagträger ist in eine Ausnehmung einer Rückenplatte (Basisträger) einsetzbar. Die Rückenplatte und der mit dem Reibbelag verbundene Bremsbelagträger sind lösbar miteinander verbunden, z.B. mittels Schrauben, Kerbstiften, Clipsen oder dergleichen, so dass der Reibbelag zusammen mit dem Bremsbelagträger auf der Rückenplatte austauschbar ist.In the DE 10 2007 002 864 A1 describes a multi-part brake lining arrangement in which the friction lining (brake lining) is permanently connected to a plate-shaped brake lining carrier. The brake lining carrier can be inserted into a recess in a back plate (base carrier). The back plate and the brake lining carrier connected to the friction lining are releasably connected to one another, for example by means of screws, grooved pins, clips or the like, so that the friction lining can be exchanged together with the brake lining carrier on the back plate.

Die DE 10 2011 101958 A1 beschreibt eine in Leichtbauweise hergestellte Rückenplatte, die ein geringes Gewicht bei hoher Festigkeit aufweist. Das Fertigen der Rückenplatte aus einem sprühkompaktierten Aluminium-Matrixverbundwerkstoff erfordert jedoch aufwändige weitere Bearbeitungsschritte, z.B. Warmumformen, Zerspanen, Schneiden, Stanzen usw.The DE 10 2011 101958 A1 describes a back plate produced in a lightweight construction, which has a low weight and high strength. However, manufacturing the back plate from a spray-compacted aluminum matrix composite requires complex additional processing steps, e.g. hot forming, machining, cutting, punching, etc.

Die DE 10 2014 117 652 A1 offenbart eine Bremsbelaganordnung, umfassend einen Reibbelag, der auf einer Leichtbau-Rückenplatte aufgeklebt/aufgepresst ist. Alternativ kann der Reibbelag auf eine Reibbelagträgerplatte aufgeklebt/aufgepresst sein, die in die Rückenplatte einlegbar ist und lösbar mit ihr verbunden ist. Die Rückenplatte ist aus einem hochfesten und gewichtsoptimierten Material ausgebildet, beispielsweise aus einer speziellen Graugusslegierung, einer Aluminiumlegierung, einem Hochtemperaturkunststoff oder aus Titan. Zur Erhöhung ihrer Festigkeit weist die Rückenplatte Festigkeitselemente, beispielsweise rippenartige Erhöhungen, auf einer Kolbenseite auf.The DE 10 2014 117 652 A1 discloses a brake lining arrangement comprising a friction lining which is glued / pressed onto a lightweight back plate. Alternatively, the friction lining can be glued to a friction lining carrier plate / be pressed on, which can be inserted into the back plate and is detachably connected to it. The back plate is made from a high-strength and weight-optimized material, for example from a special gray cast alloy, an aluminum alloy, a high-temperature plastic or titanium. To increase its strength, the back plate has strength elements, for example rib-like elevations, on one side of the piston.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Bremsbelaganordnung zu offenbaren, die im Vergleich zum Stand der Technik ein reduziertes Gewicht unter Beibehaltung der strukturellen Festigkeit aufweist.The object of the invention is to disclose a brake lining arrangement which, compared to the prior art, has a reduced weight while maintaining the structural strength.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is achieved by the features of claim 1. Preferred developments of the invention are disclosed in the subclaims.

In bekannter Art und Weise umfasst eine Bremsbelaganordnung für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs eine Rückenplatte, die mindestens ein erstes Plattenelement und ein zweites Plattenelement aufweist, wobei am ersten Plattenelement ein Reibbelag angeordnet ist, der bei einem Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs mit der Bremsscheibe in Kontakt steht. Der Reibbelag kann beispielsweise auf das Plattenelement aufgeklebt oder aufgepresst sein. Das zweite Plattenelement ist bremssattelseitig angeordnet und mit einer hohen Festigkeit ausgebildet, um die Andruckkräfte eines Kolbens zu übertragen. Zur Verminderung von Geräuschbildung beim Bremsen kann eine Dämpfungsmaßnahme in der Form von Federn, Folien, Blechen oder Lacken an der Rückenplatte angeordnet sein.In a known manner, a brake lining arrangement for a disc brake of a motor vehicle comprises a back plate which has at least a first plate element and a second plate element, a friction lining being arranged on the first plate element which is in contact with the brake disc during a braking process of the motor vehicle. The friction lining can, for example, be glued or pressed onto the plate element. The second plate element is arranged on the brake caliper side and is designed with a high degree of strength in order to transmit the pressure forces of a piston. To reduce the generation of noise during braking, a damping measure in the form of springs, foils, sheets or paint can be arranged on the back plate.

Erfindungsgemäß sind das erste Plattenelement und das zweite Plattenelement durch ein dreidimensionales, fachwerkartiges Stabwerk miteinander verbunden. Die Rückenplatte ist mittels bionischen Methoden derart optimiert, dass die Lage und Anordnung von Strukturelementen einer optimalen geometrischen Form für die Funktion der Rückenplatte entsprechen. Über Topologie-Optimierung, basierend auf aufgebrachten Lasten, d.h. die per Druck ausgeübten Kräfte auf der Rückenplatte, ist die Rückenplatte als ein Volumenkörper konstruiert, der ein Stabwerk zwischen den beiden Plattenelementen aufweist, wobei das erste und das zweite Plattenelement jeweils flächige Außenseiten der Rückenplatte bilden. Die flächigen Plattenelemente weisen eine homogene Spannung auf, und das Stabwerk ist in Bereichen der Rückenplatte angeordnet, die zum Kraftfluss in der Rückenplatte beitragen.According to the invention, the first plate element and the second plate element are connected to one another by a three-dimensional, lattice-like framework. The back plate is optimized using bionic methods in such a way that the position and arrangement of structural elements correspond to an optimal geometric shape for the function of the back plate. Via topology optimization based on applied loads, i.e. the forces exerted by pressure on the back plate, the back plate is constructed as a solid body which has a framework between the two plate elements, the first and second plate elements each forming flat outer sides of the back plate. The flat plate elements have a homogeneous tension, and the framework is arranged in areas of the back plate that contribute to the flow of force in the back plate.

Das Stabwerk ist an den flächigen Innenseiten der beiden Plattenelemente angeordnet und verbindet die Plattenelemente stoffschlüssig miteinander. Das erste Plattenelement und das zweite Plattenelement sind über das Stabwerk beabstandet zueinander angeordnet. Diese Anordnung führt zu einer Hohlstruktur zwischen den Plattenelementen. An den flächigen Seiten der Rückenplatte ist das Stabwerk von den beiden Plattenelementen überdeckt, und am Umfang der Rückenplattenvorrichtung ist das Stabwerk zumindest teilweise unverdeckt.The framework is arranged on the flat inner sides of the two plate elements and connects the plate elements to one another in a materially bonded manner. The first plate element and the second plate element are arranged at a distance from one another via the framework. This arrangement leads to a hollow structure between the plate elements. On the flat sides of the back plate, the framework is covered by the two plate elements, and the framework is at least partially uncovered on the circumference of the back plate device.

Durch das Stabwerk ist der von der Rückenplatte eingenommene Bauraum nur teilweise mit Werkstoff belegt, wobei aufgrund der Topologie-Optimierung eine belastungsgerechte Materialverteilung in der Rückenplatte aufzufinden ist. Das Stabwerk stellt eine Bauteilzone mit im Lastfall hoher Kraftdichte dar, wohingegen die unter Weglassen von Bauteil-Werkstoff gebildete Hohlstruktur eine Bauteilzone mit niedriger Kraftdichte darstellt. Das hat zur Folge, dass, im Vergleich zu einer herkömmlichen Rückenplatte, das Gewicht der erfindungsgemäßen Rückenplatte erheblich sinkt, der Materialaufwand sich gleichzeitig verringert, und die Biegesteifigkeit der erfindungsgemäßen Rückenplatte trotzdem gleich bleibt. Je nach Größe der Bremsbelaganordnung kann die Rückenplatte im Vergleich zum Stand der Technik ein um exemplarisch 30% - 40% reduziertes Bauteilgewicht bei gleichbleibender Robustheit und Funktionalität aufweisen.As a result of the framework, the space taken up by the back plate is only partially occupied by material, whereby a load-appropriate material distribution can be found in the back plate due to the topology optimization. The framework represents a component zone with high force density in the case of load, whereas the hollow structure formed by omitting component material represents a component zone with low force density. The consequence of this is that, compared to a conventional back plate, the weight of the back plate according to the invention is considerably reduced, the cost of materials is reduced at the same time, and the flexural strength of the back plate according to the invention nevertheless remains the same. Depending on the size of the brake lining arrangement, the back plate can have a component weight reduced by, for example, 30% -40% compared to the prior art, while maintaining the same robustness and functionality.

Ferner ist das Stabwerk an den flächigen Seiten der Rückenplatte von dem ersten Plattenelement und dem zweiten Plattenelement überdeckt, wobei das Stabwerk am Umfang zumindest teilweise unverdeckt ist. Die zwischen den beiden Plattenelementen angeordnete Hohlstruktur führt zu einer Luftdurchlässigkeit der Rückenplatte. Durch Zufuhr von Fahrtwind in die Hohlstruktur bildet sich eine Durchlüftung bei der Luft über das Stabwerk strömt und Wärmeenergie, die beim Bremsvorgang freigesetzt wird, von der Kontaktfläche des Stabwerks aufnimmt. Durch das Stabwerk ist die kühlbare Fläche der Rückenplatte deutlich vergrößert. Das geht mit einem größeren Wärmeabfluss an die Umgebungsluft einher, wodurch die Bremse länger unterhalb des kritischen Temperaturbereiches, der sich schädlich auf das Material auswirkt, einsetzbar ist.Furthermore, the framework is covered on the flat sides of the back plate by the first plate element and the second plate element, the framework is at least partially uncovered on the circumference. The hollow structure arranged between the two plate elements makes the back plate air permeable. By supplying airflow into the hollow structure, ventilation is created in which air flows over the framework and absorbs thermal energy released during the braking process from the contact surface of the framework. Due to the framework, the coolable area of the back plate is significantly enlarged. This goes hand in hand with greater heat dissipation to the ambient air, which means that the brake can be used for longer below the critical temperature range, which has a harmful effect on the material.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Plattenelemente aus Vollmaterial ausgebildet. Die Rückenplatte übernimmt die Führung des Reibbelags im Bremssattel und dient der besseren Verteilung des Bremsdrucks über die Reibfläche. Die Hauptanforderung an die Rückenplatte liegt in einer möglichst hohen Biegesteifigkeit, da bei einem Bremsvorgang hohe Kräfte auf die Bremsbelaganordnung, insbesondere auf die Rückenplatte, einwirken. Das erste Plattenelement und das zweite Plattenelement sind aus Vollmaterial gefertigt und weisen eine hohe Festigkeit auf. Dadurch bilden sie eine mechanisch stabile Basis der Bremsbelaganordnung. Durch die hohe Steifigkeit der Plattenelemente ist die auf die Bremsbelaganordnung angebrachte Kraft bei einem Bremsvorgang möglichst homogen auf der Rückenplatte verteilbar, d.h. eine möglichst gleichmäßige Flächenpressung wirkt auf die Rückenplatte ein. Das hat zur Folge, dass die Reibung zwischen der Bremsscheibe und dem Reibbelag möglichst konstant bleibt und folglich zu einer vorwiegend gleichmäßigen Abnutzung des Reibbelags führt.According to a preferred embodiment, the plate elements are made from solid material. The back plate guides the friction lining in the brake caliper and serves to better distribute the brake pressure over the friction surface. The main requirement for the back plate is the greatest possible flexural rigidity, since high forces act on the brake lining arrangement, in particular on the back plate, during a braking process. The first plate element and the second plate element are made of solid material and have high strength. As a result, they form a mechanically stable basis for the Brake pad arrangement. Due to the high rigidity of the plate elements, the force applied to the brake lining arrangement during a braking process can be distributed as homogeneously as possible on the back plate, ie the most uniform possible surface pressure acts on the back plate. The consequence of this is that the friction between the brake disc and the friction lining remains as constant as possible and consequently leads to predominantly even wear of the friction lining.

Vorzugsweise weist das Stabwerk dünne Stäbe auf, die an Knotenpunkten zusammenlaufen. Die Stäbe des Stabwerkes laufen insbesondere an äußeren Knotenpunkten materialeinheitlich und/oder einstückig zusammen, wobei sie in die aus Vollmaterial ausgebildeten Plattenelemente übergehen. Zudem können die Stäbe an kraftleitenden inneren Knotenpunkten materialeinheitlich und/oder einstückig zusammenlaufen. Die von außen auf die Rückenplatte wirkenden Kraftkomponenten, beispielsweise die Andruckkräfte eines Bremskolbens, werden über die äußeren Knotenpunkte von Stab zu Stab geleitet. Die Belastung der Flächenpressung wird gleichmäßig über die Knotenpunkte im Stabwerk der Rückenplatte verteilt. Insgesamt weist die Rückenplatte durch das über die Knotenpunkte verbundene Stabwerk eine hohe Steifigkeit auf, wodurch die beim Bremsvorgang auf die Rückenplatte einwirkenden Kräfte möglichst homogen auf den Reibbelag übertragbar sind.The framework preferably has thin rods which converge at nodes. The bars of the framework converge, in particular at outer nodes, of uniform material and / or in one piece, and they merge into the plate elements made of solid material. In addition, the rods can converge in one material and / or in one piece at force-conducting inner nodes. The force components acting from the outside on the back plate, for example the pressure forces of a brake piston, are passed from rod to rod via the outer nodes. The load of the surface pressure is evenly distributed over the nodes in the framework of the back plate. Overall, the back plate has a high rigidity due to the framework connected via the nodes, so that the forces acting on the back plate during the braking process can be transferred as homogeneously as possible to the friction lining.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stabwerk aus einer sich wiederholenden Struktureinheit ausgebildet. Die Stäbe des Stabwerks können beispielsweise den Verlauf miteinander vernetzter Oktaeder- oder Tetraeder-Kanten nachbilden. Diese Form des Stabwerks weist eine hohe Druckstabilität auf, wodurch die gesamte Rückenplatte eine hohe Biegesteifigkeit aufweist.According to a preferred embodiment, the framework is formed from a repeating structural unit. The bars of the framework can, for example, simulate the course of interlinked octahedron or tetrahedron edges. This form of the framework has a high level of pressure stability, as a result of which the entire back plate has a high level of flexural rigidity.

Bei einem Stabwerk, das z.B. einen Oktaeder als sich wiederholenden Grundbaustein aufweist, können beispielsweise alle Knotenpunkte in ein Plattenelement übergehen. Dadurch weist die Rückenplatte in dieser beispielhaften Ausführungsform zwischen dem bremssattelseitigen und dem bremsscheibenseitigen Plattenelement ein weiteres Plattenelement auf, das in vorteilhafter Weise zur Steifigkeit der Rückenplatte beiträgt.In a framework, e.g. has an octahedron as a repeating basic building block, for example, all nodes can merge into a plate element. As a result, the back plate in this exemplary embodiment has a further plate element between the plate element on the brake caliper side and the brake disc side, which advantageously contributes to the rigidity of the back plate.

Ein weiterer Vorteil der sich wiederholenden Grundbausteine des Stabwerks sind die kanalartigen Kavitäten, die sich zwischen den regelmäßig angeordneten Stäben ausbilden. Am Umfang der Rückenplatte ist das Stabwerk zumindest teilweise unverdeckt, wodurch Fahrtwind durch die Kavitäten des Stabwerks kanalisiert wird. Der Luftstrom nimmt in der Rückenplatte Wärme auf, die beim Bremsvorgang freigesetzt wird, und führt sie schnell an die Umgebungsluft ab. In vorteilhafter Weise trägt ein Stabwerk mit einer sich wiederholenden Struktureinheit, bei der sich kanalartige Kavitäten formen, zu einer erhöhten Durchlüftung der Rückenplatte bei, wodurch eine verbesserte Wärmeabfuhr beim Bremsvorgang entsteht.Another advantage of the repetitive basic building blocks of the framework is the channel-like cavities that are formed between the regularly arranged rods. The framework is at least partially uncovered on the circumference of the back plate, as a result of which the airflow is channeled through the cavities of the framework. The air flow in the back plate absorbs heat that is released during braking and quickly dissipates it to the surrounding air. Advantageously, a framework with a repetitive structural unit, in which channel-like cavities form, contributes to increased ventilation of the back plate, which results in improved heat dissipation during the braking process.

Vorzugsweise ist die Rückenplatte aus Metall ausgebildet. Dazu eignen sich beispielsweise Titan, Stahl und Metall-Legierungen. Die Vorteile dieser Ausführungsform sind eine hohe Belastungsfähigkeit aufgrund der hohen Festigkeit, sowie eine thermische Robustheit der Rückenplatte.The back plate is preferably made of metal. Titanium, steel and metal alloys are suitable for this purpose. The advantages of this embodiment are a high load capacity due to the high strength, as well as a thermal robustness of the back plate.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Rückenplatte und der Reibbelag lösbar miteinander verbunden. Der Reibbelag ist beispielsweise auf eine Zwischenschicht aufgebracht, wobei die Zwischenschicht lösbar mit der Rückenplatte verbunden ist. Die lösbare Verbindung kann beispielsweise mittels Schrauben, Stiften, Clipsen oder dergleichen erfolgen. Dadurch ist der Reibbelag im Falle einer Abnutzung zusammen mit der Zwischenschicht auf der wiederverwendbaren Rückenplatte auswechselbar.According to a preferred embodiment, the back plate and the friction lining are releasably connected to one another. The friction lining is applied, for example, to an intermediate layer, the intermediate layer being detachably connected to the back plate. The releasable connection can be made, for example, by means of screws, pins, clips or the like. As a result, the friction lining can be replaced together with the intermediate layer on the reusable back plate in the event of wear.

In einer alternativen Ausführungsform sind die Rückenplatte und der Reibbelag stoffschlüssig miteinander verbunden. Der Reibbelag ist beispielsweise auf die Rückenplatte aufgepresst. Alternativ kann der Reibbelag mit der Rückenplatte verklebt sein, wobei zwischen der Rückenplatte und einer Zwischenschicht eine Kleberschicht angebracht ist. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass eine sichere Verbindung zwischen der Rückenplatte und Zwischenschicht/Reibbelag gewährleistet ist, um ein Lösen des Reibbelags von der Rückenplatte zu verhindern.In an alternative embodiment, the back plate and the friction lining are materially connected to one another. The friction lining is pressed onto the back plate, for example. Alternatively, the friction lining can be glued to the back plate, an adhesive layer being applied between the back plate and an intermediate layer. This embodiment has the advantage that a secure connection between the back plate and the intermediate layer / friction lining is ensured in order to prevent the friction lining from becoming detached from the back plate.

Das Verfahren zur Herstellung einer Bremsbelaganordnung, insbesondere für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs, zeichnet sich durch die Merkmale des Anspruches 8 aus. Dabei ist vorgesehen, dass eine Rückenplatte mit einem Reibbelag verbunden wird, wobei die Rückenplatte mittels eines Topologie-Optimierungsverfahrens konstruiert und anschließend durch eine 3D-Drucker-Technologie hergestellt wird. Die Rückenplatte wird mittels eines computerbasierten Berechnungsverfahrens, durch welches eine günstige Grundgestalt unter mechanischer Belastung ermittelt werden kann, konstruiert. Ferner werden auf der Grundlage der im Lastfall zu erwartenden Kraftdichten unterschiedliche Bauteilzonen der Rückenplatte ermittelt, wobei Bauteilzonen, die im Lastfall eine hohe Kraftdichte aufweisen durch ein dreidimensionales, fachwerkartiges Stabwerk ersetzt werden, während Bauteilzonen mit niedriger Kraftdichte unter Weglassung von Bauteil-Werkstoff komplett durch Hohlräume ersetzt werden. Auf dieser Grundlage wird in einem 3D-Druckprozess ein Fertigungsschritt durchgeführt, wobei die Rückenplatte materialeinheitlich und einstückig hergestellt wird. Die Vorzüge dieses Verfahrens liegen in der Optimierung des Gewichts, der Bauteilsteifigkeit sowie der speziell anpassbaren Form der Rückenplatte. Dadurch kann die Rückenplatte beispielsweise auf den jeweiligen Bremssattel und deren Bremskolbenposition hin optimiert werden.The method for producing a brake lining arrangement, in particular for a disc brake of a motor vehicle, is characterized by the features of claim 8. It is provided that a back plate is connected to a friction lining, the back plate being constructed using a topology optimization process and then produced using a 3D printer technology. The back plate is constructed using a computer-based calculation method, by means of which a favorable basic shape can be determined under mechanical stress. Furthermore, on the basis of the force densities to be expected in the load case, different component zones of the back plate are determined, with component zones that have a high force density in the load case being replaced by a three-dimensional, lattice-like framework, while component zones with low force density are completely replaced by cavities, leaving out component material be replaced. On this basis, a manufacturing step is carried out in a 3D printing process, with the back plate being manufactured from the same material and in one piece. The advantages of this method are in the optimization of weight, component stiffness and the specially adaptable shape of the back plate. As a result, the back plate can be optimized for the respective brake caliper and its brake piston position, for example.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Rückenplatte mittels eines Laser-Sinter-Prozesses hergestellt. Durch diese additive Fertigungstechnologie wird eine funktionale, dreidimensionale Rückenplatte, ausgehend von einem Puderbett, schichtweise aufgebaut, wobei selektive Puderpartikel durch die hohen Temperaturen eines CO₂-Lasers miteinander verschmolzen werden, ohne dass Bindemittel oder zusätzliche Montageschritte notwendig sind. Mit diesem Produktionsverfahren sind sehr genaue, mechanisch hoch belastbare und für den Serieneinsatz geeignete Bauteile herstellbar.According to a preferred embodiment, the back plate is produced by means of a laser sintering process. Using this additive manufacturing technology, a functional, three-dimensional back plate, starting from a powder bed, is built up in layers, with selective powder particles being fused together by the high temperatures of a CO ₂ laser, without the need for binding agents or additional assembly steps. With this production process, very precise, mechanically highly resilient components suitable for series use can be produced.

Insbesondere kann die Rückenplatte durch selektives Laserschmelzen, kurz SLM (Selective Laser Melting), hergestellt werden. Dabei wird ein Metallpulver als Ausgangsmaterial für das Pulverbettverfahren verwendet. Mit dem SLM-Herstellungsverfahren lassen sich komplexe, belastbare Bauteile realisieren, die bei gleichbleibender Funktionalität ein geringstmögliches Gewicht aufweisen.In particular, the back plate can be produced by selective laser melting, SLM for short (Selective Laser Melting). A metal powder is used as the starting material for the powder bed process. With the SLM manufacturing process, complex, resilient components can be produced that have the lowest possible weight while maintaining functionality.

Weitere Vorteile und Anwendungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.Further advantages and application examples of the present invention emerge from the following description in conjunction with the exemplary embodiments shown in the drawing.

In der Zeichnung bedeutet:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bremsbelaganordnung.

In the drawing means:

1 a schematic representation of a brake pad arrangement according to the invention.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Bremsbelaganordnung, insbesondere für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs. 1 shows a schematic representation of an overall with the reference number 10 designated brake lining arrangement, in particular for a disc brake of a motor vehicle.

In 1 ist eine Brembelaganordnung 10 dargestellt, umfassend eine Rückenplatte 12 an der ein Reibbelag 14 angeordnet ist, der bei einem Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs in Kontakt mit der Bremsscheibe 15 steht. Vorliegend ist der Reibbelag 14 unter Zwischenschaltung einer Zwischenschicht 16, auch „Underlayer“ genannt, lösbar mit der Rückenplatte 12 verbunden. Der Reibbelag 14 ist beispielsweise auf die Zwischenschicht 16 aufgepresst, und über hier nicht dargestellte Clipse, Stifte, Schrauben oder dergleichen lösbar mit der Rückenplatte 12 verbunden.In 1 is a brake lining arrangement 10 shown comprising a back plate 12 on which a friction lining 14th is arranged, which is in contact with the brake disc during a braking operation of the motor vehicle 15th stands. The present is the friction lining 14th with the interposition of an intermediate layer 16 , also called "underlayer", detachable with the back plate 12 connected. The friction lining 14th is for example on the intermediate layer 16 pressed on, and detachable to the back plate via clips, pins, screws or the like, not shown here 12 connected.

Die Rückenplatte 12 weist ein erstes Plattenelement 18 und ein zweites Plattenelement 20 auf, die beide aus Vollmaterial ausgebildet sind. Das erste Plattenelement 18 ist bremsscheibenseitig angeordnet und weist eine Auflagefläche zur Anordnung des Reibbelags 14 auf. Das zweite Plattenelement 20 ist bremssattelseitig angeordnet und dient vorliegend als Druckfläche zur Übertragung eines Bremsdrucks F durch zwei bremssattelseitige Bremskolben 22.The back plate 12 has a first plate member 18th and a second plate member 20th on, both of which are made of solid material. The first plate element 18th is arranged on the brake disc side and has a support surface for arranging the friction lining 14th on. The second plate element 20th is arranged on the brake caliper side and is used in the present case as a pressure surface for transmitting a brake pressure F through two brake pistons on the brake caliper side 22nd .

Erfindungsgemäß sind die Plattenelemente 18, 20 mittels eines dreidimensionalen, fachwerkartigen Stabwerks 24 miteinander verbunden, dessen Ausbildung durch Topologieoptimierung der Rückenplatte 12 ermittelt ist, wobei die Rückenplatte je nach Bremssattel und Belagdesign für jede Bremsanlage individuell optimiert und hergestellt ist. Die Plattenelemente 18, 20 bilden jeweils flächige Außenseiten der Rückenplatte 12 und sind über das an den flächigen Innenseiten der jeweiligen Plattenelemente 18, 20 ausgebildete Stabwerk 24 stoffschlüssig miteinander verbunden, wobei die Plattenelemente 18, 20 beabstandet zueinander angeordnet sind. Das Stabwerk 24 weist dünne Stäbe 26 auf, die in einer Hohlstruktur zwischen dem ersten Plattenelement 18 und dem zweiten Plattenelement 20 angeordnet sind. Das hat zur Folge, dass die erfindungsgemäße Rückenplatte 12, trotz gleichbleibender Biegesteifigkeit, ein geringeres Gewicht aufweist im Vergleich zu einer herkömmlichen Rückenplatte.According to the invention are the plate elements 18th , 20th by means of a three-dimensional, truss-like framework 24 connected to each other, its formation through topology optimization of the back plate 12 is determined, whereby the back plate is individually optimized and manufactured for each brake system depending on the brake caliper and pad design. The plate elements 18th , 20th each form flat outer sides of the back plate 12 and are on the flat inner sides of the respective plate elements 18th , 20th trained framework 24 firmly connected to one another, the plate elements 18th , 20th are spaced apart from each other. The framework 24 has thin rods 26th on, in a hollow structure between the first plate member 18th and the second plate member 20th are arranged. This has the consequence that the back plate according to the invention 12 Despite the constant flexural rigidity, it has a lower weight compared to a conventional back plate.

Das Stabwerk 24 weist Stäbe 26 auf, die materialeinheitlich und/oder einstückig an Knotenpunkten 32 zusammengeführt sind. Die Stäbe 26 laufen an äußeren Knotenpunkten 32 zusammen, die in die Plattenelemente 18, 20 übergehen. Vorliegend laufen die Stäbe 26 auch an kraftleitenden, inneren Knotenpunkten 32 zusammen. Die von außen auf das zweite Plattenelement 20 der Rückenplatte 12 wirkenden Kraftkomponenten F, beispielsweise die Andruckkräfte eines Bremskolbens 22, werden über die Knotenpunkte 32 in die Stäbe 26 geleitet. So kann die Belastung der Flächenpressung gleichmäßig über die gesamte Rückenplatte 12 verteilt werden, wodurch die beim Bremsvorgang einwirkenden Kräfte F möglichst homogen auf den Reibbelag 14 übertragbar sind.The framework 24 has rods 26th on, the uniform material and / or in one piece at nodes 32 are merged. The bars 26th run at outer junctions 32 together that in the plate elements 18th , 20th pass over. In the present case, the bars are running 26th also at force-conducting, inner nodes 32 together. The outside onto the second plate element 20th the back plate 12 acting force components F, for example the pressure forces of a brake piston 22nd , are about the nodes 32 in the bars 26th directed. In this way, the load of the surface pressure can be evenly distributed over the entire back plate 12 are distributed, whereby the forces F acting during the braking process as homogeneously as possible on the friction lining 14th are transferable.

An den flächigen Seiten der Rückenplatte 12 ist das Stabwerk 24 vom ersten Plattenelement 18 und vom zweiten Plattenelement 20 überdeckt, wohingegen vorliegend das Stabwerk 24 am Umfang der Rückenplatte 12 unverdeckt ist. Durch das zwischen den Plattenelementen 18, 20 angeordnete Stabwerk 24 entsteht eine Hohlstruktur zwischen den Plattenelementen 18, 20. Die Hohlstruktur gewährleistet eine Luftdurchlässigkeit der Rückenplatte 12. Das in der Hohlstruktur angeordnete Stabwerk 24 vergrößert die kühlbare Kontaktfläche der Rückenplatte 12.On the flat sides of the back plate 12 is the framework 24 from the first plate element 18th and the second plate member 20th covered, whereas in the present case the framework 24 on the perimeter of the back plate 12 is uncovered. Through that between the plate elements 18th , 20th arranged framework 24 a hollow structure is created between the plate elements 18th , 20th . The hollow structure ensures that the back plate is air permeable 12 . The framework arranged in the hollow structure 24 increases the coolable contact surface of the back plate 12 .

Das Stabwerk 24 kann eine sich wiederholende Struktureinheit aufweisen. Es ist beispielsweise denkbar, dass die Stäbe den Verlauf miteinander vernetzter Oktaeder-Kanten bilden. Die sich wiederholende Struktureinheit eines Oktaeders hat den Vorteil, dass sich das Stabwerk 24 durch eine hohe Druckstabilität auszeichnet, womit es der Rückenplatte 12 eine hohe Steifigkeit verleiht. Ein weiterer Vorteil der Oktaeder-Struktur des Stabwerks ist, dass sich kanalartige Kavitäten zwischen den Platten 18, 20 bilden. Das fördert eine Durchlüftung der Rückenplatte 12 bei Zufuhr von Fahrtwind. Luft strömt über das regelmäßige Stabwerk 24 mit der kanalartigen Hohlstruktur und nimmt dabei die beim Bremsvorgang freigesetzte Wärme auf. Dadurch erfolgt ein größerer Wärmeabfluss an die Umgebungsluft und eine bessere Kühlung des Bremskörpers.The framework 24 can have a repeating structural unit. It is, for example, conceivable that the rods follow the course with one another networked octahedron edges. The repeating structural unit of an octahedron has the advantage that the framework 24 characterized by high pressure stability, which makes it the back plate 12 gives high rigidity. Another advantage of the octahedron structure of the framework is that there are channel-like cavities between the plates 18th , 20th form. This promotes ventilation of the back plate 12 with the supply of airstream. Air flows over the regular framework 24 with the channel-like hollow structure and absorbs the heat released during braking. This results in greater heat dissipation to the ambient air and better cooling of the brake body.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims

Brake lining arrangement (10) for a disc brake of a motor vehicle, comprising a back plate (12) which has at least a first plate element (18) and a second plate element (20), a friction lining (14) being arranged on the first plate element (18), which is in contact with a brake disc (15) during braking of the motor vehicle, and wherein the second plate element (20) is arranged on the brake caliper side, characterized in that the plate elements (18, 20) are connected by means of a three-dimensional, lattice-like framework (24) .

Brake lining arrangement according to Claim 1 , characterized in that the plate elements (18, 20) are made of solid material.

Brake lining arrangement according to Claim 1 or 2 , characterized in that the framework (24) has thin rods (26) which converge at nodes (32).

Brake lining arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the framework (24) has a repeating structural unit.

Brake lining arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the back plate (12) is made of metal.

Brake pad arrangement according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the back plate (12) and the friction lining (14) are detachably connected to one another.

Brake pad arrangement according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the back plate (12) and the friction lining (14) are cohesively connected to one another.

Method for producing a brake lining arrangement (10) for a disc brake of a motor vehicle, wherein a back plate (12) is connected to a friction lining (14), characterized in that the back plate (12) is constructed by means of a topology optimization method and by means of a 3D Printer technology is manufactured.

Procedure according to Claim 8 , characterized in that the back plate (12) is produced by means of a laser sintering process.