DE10254110B4 - Brake disc with a friction ring made of a substantially non-metallic material - Google Patents

Brake disc with a friction ring made of a substantially non-metallic material Download PDF

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Abstract

Bremsscheibe für Kraftfahrzeuge mit einem aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Bremsscheibentopf (1) und einem Reibring (2) aus einem nichtmetallischen Werkstoff, der an seinem Innenumfang (2a) Aussparungen (4) aufweist, in die am Bremsscheibentopf (1) vorgesehene Vorsprünge (1c) in Radialrichtung hineinragen, wobei jeder Vorsprung (1c) aus zumindest zwei in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden Segmenten (5, 6) besteht, von denen die beiden äußeren zumindest dann, wenn kein Drehmoment vom Reibring (2) auf den Bremsscheibentopf (1) übertragen wird, an den ihnen benachbarten Flanken der zugeordneten Aussparung (4) anliegen, während durch geringfügige federnde Ausbildung dieser Vorsprung-Segmente (5, 6) unter Belastung durch ein zu übertragendes Bremsmoment einer gewissen Größe zumindest zwei innerhalb einer Aussparung (4) einander benachbart liegende Segmente (5, 6) aneinander zum Anliegen kommen.Brake disk for motor vehicles with a brake disk chamber (1) made of a metallic material and a friction ring (2) made of a non-metallic material, which has recesses (4) on its inner circumference (2a), into the projections (1c) provided on the brake disk chamber (1) protrude in the radial direction, each projection (1c) consisting of at least two segments (5, 6) lying next to one another in the circumferential direction, of which the two outer segments at least when no torque is transmitted from the friction ring (2) to the brake disc chamber (1), rest on the flanks of the associated recess (4) adjacent to them, while due to the slightly resilient design of these projection segments (5, 6) under load from a braking torque of a certain size to be transmitted, at least two adjacent segments (4) within a recess (4) 5, 6) come to rest against each other.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für Kraftfahrzeuge, mit einem aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Bremsscheibentopf und einem Reibring aus einem nichtmetallischen Werkstoff, der an seinem Innenumfang Aussparungen aufweist, in die am Bremsscheibentopf vorgesehene Vorsprünge in Radialrichtung hineinragen. Zum technischen Umfeld wird insbesondere auf die DE 198 30 669 A1 verwiesen.The invention relates to a brake disc for motor vehicles, comprising a brake disc cup made of a metallic material and a friction ring made of a non-metallic material which has recesses on its inner circumference, protrude into the projections provided on the brake disc hub in the radial direction. The technical environment is particularly on the DE 198 30 669 A1 directed.

Es besteht die Tendenz, Fahrzeugbremsscheiben zu entwickeln, deren Reibring aus einem nichtmetallischen Werkstoff und dabei insbesondere aus kohlefaserverstärkten Kohlenstoffmaterialien (C/C) oder aus faserverstärkten Verbundkeramiken insbesondere auf der Basis von Siliziumkarbid (C/C-SiC) besteht. Der sog. Bremsscheibentopf hingegen, mit dem der Reibring am Radträger des Fzg.’s oder dgl. befestigt wird, soll weiterhin aus einem metallischen Werkstoff bestehen.There is a tendency to develop vehicle brake disks whose friction ring consists of a non-metallic material and in particular of carbon fiber-reinforced carbon materials (C / C) or of fiber-reinforced composite ceramics, in particular based on silicon carbide (C / C-SiC). On the other hand, the so-called brake disk pot, with which the friction ring is fastened to the wheel carrier of the vehicle or the like, should continue to be made of a metallic material.

Nun gilt es, den Reibring geeignet am Bremsscheibentopf zu befestigen, wobei naturgemäß besonders große Kräfte oder Momente in Umfangsrichtung der Bremsscheibe übertragen werden müssen. Zu berücksichtigen sind dabei insbesondere auch die unterschiedlichen Wärmedehnungen des Reibrings und des Bremsscheibentopfes, die sich bei einer unvermeidbaren Erwärmung der Bremsscheibe während deren Betriebs einstellen, und die zu unzulässig hohen Wärmespannungen führen können. Aus diesem Grunde muss die für die Momentenübertragung „feste” Verbindung zwischen dem Reibring und dem Bremsscheibentopf im Hinblick auf die unterschiedlichen Wärmedehnungen dieser Elemente der Bremsscheibe gleichzeitig eine gewisse Beweglichkeit zwischen diesen Elementen gewährleisten.Now it is important to attach the friction ring suitable on the brake disk hub, which naturally have to be transmitted in the circumferential direction of the brake disc particularly large forces or moments. To take into account are in particular the different thermal expansions of the friction ring and the brake disk hub, which adjust during an unavoidable heating of the brake disc during their operation, and which can lead to unacceptably high thermal stresses. For this reason, the "torque transmission" connection between the friction ring and the brake disk hub must simultaneously ensure a certain mobility between these elements in view of the different thermal expansions of these elements of the brake disk.

In der eingangs genannten DE 198 30 669 A1 ist eine Bremsscheibe mit einem aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Bremsscheibentopf und einem Reibring aus einem im wesentlichen nichtmetallischen Werkstoff, der an seinem Innenumfang Aussparungen aufweist, in die am Bremsscheibentopf vorgesehene Vorsprünge im wesentlichen in Radialrichtung hineinragen, gezeigt, die den letztgenannten Anforderungen genügt, jedoch ist an einer solchen Bremsscheibe eine Verbesserung hinsichtlich der Fähigkeit, höhere Drehmomente übertragen zu können, möglich, welche hiermit aufgezeigt werden soll (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung). Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Vorsprung aus zumindest zwei in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden Segmenten besteht, von denen die beiden äußeren zumindest dann, wenn kein Drehmoment vom Reibring auf den Bremsscheibentopf übertragen wird, an den ihnen benachbarten Flanken der zugeordneten Aussparung anliegen, während durch geringfügige federnde Ausbildung dieser Vorsprung-Segmente unter Belastung durch ein zu übertragendes Bremsmoment einer gewissen Größe zumindest zwei innerhalb einer Aussparung einander benachbart liegende Segmente aneinander zum Anliegen kommen.In the aforementioned DE 198 30 669 A1 is a brake disc having a brake disc cup made of a metallic material and a friction ring of a substantially non-metallic material having recesses on its inner circumference, projecting into the brake disc cup provided projections substantially in the radial direction, which meets the latter requirements, however, is on such a brake disc an improvement in the ability to transmit higher torques, possible, which is hereby to be shown (= object of the present invention). The solution to this problem is characterized in that each projection consists of at least two circumferentially adjacent segments, of which the two outer at least when no torque is transmitted from the friction ring to the brake disk hub, abut the adjacent edges of the associated recess, while by slightly resilient training of these projection segments under load by a braking torque to be transmitted of a certain size, at least two segments within a recess adjacent to each other come to rest.

Ein Bremsscheibentopf, der erfindungsgemäß gestaltete Vorsprünge aufweist, die in geeignete Aussparungen am Innenumfang des Reibrings hineinragen, lässt sich vorteilhafterweise einfach fertigen, bspw. wenn der Topf als Schmiedeteil oder Pressteil aus geeignetem Stahl oder einer geeigneten Aluminiumlegierung hergestellt wird. Die genannten Segmente der Vorsprünge sind dabei quasi federnd mit der zugehörigen Wand des Bremsscheibentopfes verbunden bzw. bilden von diesem abragende Federelemente, die quasi unter Vorspannung stehend in die jeweilige Aussparung des Reibringes hineinragen. Wenn nun jeweils ein Segment eines Vorsprunges mit seiner (in Umfangsrichtung der Bremsscheibe betrachtet) seitlichen Flanke an der zugewandten Flanke der jeweiligen Aussparung anliegt, so ist jeder genannte Vorsprung in die zugehörige Aussparung eingespannt. Zumindest in Umfangsrichtung betrachtet ist damit eine ausreichend sichere Verbindung zwischen dem Bremsscheibentopf und dem Reibring hergestellt, insbesondere unter Berücksichtigung der Tatsache, dass über dem Umfang des Topfes verteilt eine Vielzahl von mit zugehörigen Reibring-Aussparungen zusammenwirkenden Vorsprüngen, die jeweils aus zumindest zwei genannten Segmenten bestehen, vorgesehen sind. Lediglich der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass auch mehr als zwei derartige sog. Segmente vorgesehen sein können, die dann jeweils in eine einzige Aussparung hineinragen können, wobei dann, wenn sich diese genannten Segmente über die gesamte Breite oder Tiefe der Aussparung erstrecken, naturgemäß nur die in Umfangsrichtung betrachtet beiden äußeren Segmente an den ihnen benachbarten Flanken der zugeordneten Aussparung anliegen können.A brake disk pot, which has inventively designed projections which protrude into suitable recesses on the inner circumference of the friction ring, can advantageously be easily manufactured, for example. When the pot is made as a forged part or pressed part of suitable steel or a suitable aluminum alloy. The said segments of the projections are quasi resiliently connected to the associated wall of the brake disk hub or form of this projecting spring elements which protrude quasi biased into the respective recess of the friction ring. If, in each case, a segment of a projection with its lateral flank (viewed in the circumferential direction of the brake disk) rests against the facing flank of the respective recess, then each said projection is clamped in the associated recess. Considered at least in the circumferential direction so that a sufficiently secure connection between the brake disk hub and the friction ring is made, in particular taking into account the fact that distributed over the circumference of the pot a plurality of cooperating with associated friction ring recesses projections, each consisting of at least two segments , are provided. Only for the sake of completeness it should be mentioned that more than two such so-called. Segments can be provided, which can then each protrude into a single recess, wherein when these segments extend over the entire width or depth of the recess, of course, only the two outer segments considered in the circumferential direction can rest on the adjacent flanks of the associated recess.

Indem erfindungsgemäß die in die Aussparungen am Reibring-Innenumfang hineinragenden Vorsprünge quasi geteilt ausgebildet sind, d. h. wie angegeben aus zumindest zwei in Umfangsrichtung (der Bremsscheibe) nebeneinander liegenden Segmenten bestehen, ist gleichzeitig eine ausreichende Ausgleichsmöglichkeit für die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen des Bremsscheibentopfes sowie des Reibringes gegeben. Zwischen den Segmenten eines Vorsprunges befindet sich nämlich zumindest dann, wenn kein Drehmoment zwischen dem Reibring und dem Topf übertragen wird, zwangsläufig ein im wesentlichen in Radialrichtung verlaufender Schlitz oder allgemein ein geringer Zwischenraum, der die genannten unterschiedlichen Wärmedehnungen „kompensieren”, d. h. aufnehmen kann. In Abhängigkeit von den an einer konkreten Ausführungsform vorliegenden bzw. aufzunehmenden Wärmedehnungen kann die Breite des Schlitzes oder Zwischenraumes zwischen den genannten Segmenten eines Vorsprungs geeignet gewählt sein.In accordance with the invention, the protrusions projecting into the recesses on the friction ring inner circumference are quasi-divided, that is to say they are formed in the same way. H. As stated from at least two circumferentially (the brake disc) juxtaposed segments, at the same time a sufficient compensation possibility for the different thermal expansions of the brake disk hub and the friction ring is given. Between the segments of a projection is namely, at least when no torque between the friction ring and the pot is transmitted, inevitably a substantially extending in the radial direction slot or generally a small gap, the said different thermal expansion "compensate", ie. H. can record. Depending on the thermal expansions present or to be accommodated in a specific embodiment, the width of the slot or intermediate space between said segments of a projection may be suitably chosen.

Es wurde bereits erwähnt, dass die Vorsprung-Segmente geringfügig federnd ausgebildet sind, wobei die entsprechende Auslegung derart getroffen ist, dass unter Belastung durch ein zu übertragendes Bremsmoment ab einer gewissen Größe zumindest zwei einander innerhalb einer Aussparung benachbart liegende Segmente aneinander zum Anliegen kommen. Diese Segmente stützen sich dann aufeinander ab und können demzufolge das anliegende Drehmoment besser übertragen. Ferner wurde bereits erwähnt, dass jeder genannte Vorsprung über die Segmente (bevorzugt handelt es sich um zwei Segmente je Vorsprung) in die zugehörige Aussparung eingespannt ist, so dass der Reibring auch in Axialrichtung betrachtet (zumindest in einer der beiden Richtungen) durch die in die jeweiligen Aussparungen eingeklemmten Vorsprünge gehalten sein kann. In der anderen Axial-Richtung können sich die Vorsprünge aber auch an einem am Innenumfang des Reibrings vorgesehenen Steg abstützen oder an einem geeignet angeordneten Sicherungsring oder dgl. Im Übrigen kann auch eine in den beiden Axialrichtungen wirkende Abstützung durch einen oder zwei Sicherungsringe, Scheiben oder dgl. vorgesehen sein.It has already been mentioned that the projection segments are slightly resilient, the corresponding design being such that, under load by a braking torque to be transmitted, at least two adjacent segments within a recess come into contact with each other beyond a certain size. These segments are then based on each other and can therefore better transmit the applied torque. Furthermore, it has already been mentioned that each said projection on the segments (preferably two segments per projection) is clamped in the associated recess, so that the friction ring viewed in the axial direction (at least in one of the two directions) by in the respective recesses clamped projections can be kept. In the other axial direction, however, the projections can also be supported on a web provided on the inner circumference of the friction ring or on a suitably arranged retaining ring or the like. Incidentally, also acting in the two axial directions support by one or two retaining rings, discs or the like . be provided.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles weiter erläutert, wobei die beigefügte einzige Figur einen ausgeschnittenen 90°-Sektor einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe in 3D-Darstellung zeigt. Dabei ist mit der Bezugsziffer 1 der Bremsscheibentopf und mit der Bezugsziffer 2 der Reibring bezeichnet.In the following the invention with reference to a preferred embodiment will be further explained, with the accompanying single figure shows a cut-90 ° sector of a brake disc according to the invention in 3D representation. It is with the reference number 1 the brake disk pot and with the reference numeral 2 the friction ring called.

Der aus einem metallischen Werkstoff bestehende Bremsscheibentopf 1 wird wie üblich durch einen Topfboden 1a sowie eine Topfwand 1b gebildet, wobei im Topfboden 1a mehrere Bohrungen 3 vorgesehen sind, die Schrauben aufnehmen können, mit Hilfe derer der Bremsscheibentopf 1 an einem Radträger eines Kraftfahrzeugs befestigt werden kann. Der bevorzugt aus Carbon-Keramik bestehende Reibring 2 ist koaxial zur Topfwand 1b angeordnet und liegt mit seinem Innenumfang 2a bzw. mit einem von diesem abragenden, umlaufenden Steg 2b auf der Topfwand 1b auf.The existing of a metallic brake disc pot 1 is as usual through a pot bottom 1a as well as a pot wall 1b formed, being in the pot bottom 1a several holes 3 are provided, the screws can accommodate, with the help of which the brake disc pot 1 can be attached to a wheel of a motor vehicle. The preferably made of carbon ceramic friction ring 2 is coaxial with the pot wall 1b arranged and lies with its inner circumference 2a or with one of this projecting, circumferential web 2 B on the pot wall 1b on.

Im Innenumfang 2a des Reibringes 2 sind über dem Umfang der Bremsscheibe bevorzugt gleichmäßig verteilt mehrere Aussparungen 4 vorgesehen, in die von der Topfwand 1b radial nach außen abragende Vorsprünge 1c, die ebenfalls ein Bestandteil des Bremsscheibentopfes 1 sind, hineinragen. Jeder sog. Vorsprung 1c besteht seinerseits aus (hier) zwei in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden Segmenten 5 und 6, zwischen denen sich ein ggf. geringer Spalt 7 befindet. Dieser Spalt 7 erstreckt sich dabei – ebenso wie die Segmente 5 und 6 – im wesentlichen in der Radialrichtung der Bremsscheibe und dient insbesondere – wie weiter oben erläutert wurde – zum Ausgleich der unterschiedlichen Wärmedehnungen von Bremsscheibentopf 1 und Reibring 2.Inside 2a of the friction ring 2 are over the circumference of the brake disc preferably uniformly distributed more recesses 4 provided in the from the pot wall 1b protruding radially outward projections 1c , which is also part of the brake disc hub 1 are, protrude. Every so-called lead 1c consists in turn of (here) two circumferentially adjacent segments 5 and 6 , between which there is a possibly small gap 7 located. This gap 7 extends - as well as the segments 5 and 6 - In the radial direction of the brake disc and serves in particular - as explained above - to compensate for the different thermal expansion of the brake disk hub 1 and friction ring 2 ,

Die beiden Segmente 5 und 6 jedes Vorsprungs 1c liegen mit ihren in Umfangsrichtung einander abgewandten Flanken zumindest dann, wenn kein Drehmoment vom Reibring 2 auf den Bremsscheibentopf 1 übertragen wird, an den Rand-Flanken der jeweils zugeordneten Aussparung 4 an und fixieren somit den Reibring 2 am Bremsscheibentopf 1. Unter Belastung durch ein zu übertragendes Drehmoment können sich jedoch – wie weiter oben ausgeführt wurde – die beiden Segmente 5 und 6 aufeinander abstützen, so dass dann der Spalt 7 im wesentlichen verschwindet. In Axialrichtung der Bremsscheibe 1 ist eine weitere Fixierung vorgesehen, die darin besteht, dass sich die Vorsprünge 1c bzw. jedes einzelne Segment 5, 6 mit einer Seite am bereits genannten umlaufenden Steg 2b des Reibringes 2 abstützt bzw. abstützen. Sollte in der entgegengesetzten Axial-Richtung eine weitere Fixierung erforderlich sein, so kann diese auf eine grundsätzlich bekannte Weise ergänzt werden. Bevorzugt jedoch sind die Vorsprünge 1 bzw. Segmente 5, 6 derart federnd ausgebildet, dass ohne Drehmomentübertragung unter Zuhilfenahme des Steges 2b der Reibring 2 ausreichend fest auf dem Bremsscheibentopf 1 sitzt.The two segments 5 and 6 every projection 1c lie with their edges facing away from each other in the circumferential direction at least when no torque from the friction ring 2 on the brake disc pot 1 is transferred, at the edge flanks of the respective associated recess 4 and thus fix the friction ring 2 at the brake disk pot 1 , Under load by a torque to be transmitted, however, can - as stated above - the two segments 5 and 6 support each other so that then the gap 7 essentially disappears. In the axial direction of the brake disc 1 a further fixation is provided, which consists in that the projections 1c or every single segment 5 . 6 with one side on the aforementioned circumferential web 2 B of the friction ring 2 supports or supports. Should a further fixation be required in the opposite axial direction, then this can be supplemented in a basically known manner. Preferably, however, the projections 1 or segments 5 . 6 designed so resilient that without torque transmission with the aid of the web 2 B the friction ring 2 sufficiently firmly on the brake disc pot 1 sitting.

Claims (3)

Bremsscheibe für Kraftfahrzeuge mit einem aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Bremsscheibentopf (1) und einem Reibring (2) aus einem nichtmetallischen Werkstoff, der an seinem Innenumfang (2a) Aussparungen (4) aufweist, in die am Bremsscheibentopf (1) vorgesehene Vorsprünge (1c) in Radialrichtung hineinragen, wobei jeder Vorsprung (1c) aus zumindest zwei in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden Segmenten (5, 6) besteht, von denen die beiden äußeren zumindest dann, wenn kein Drehmoment vom Reibring (2) auf den Bremsscheibentopf (1) übertragen wird, an den ihnen benachbarten Flanken der zugeordneten Aussparung (4) anliegen, während durch geringfügige federnde Ausbildung dieser Vorsprung-Segmente (5, 6) unter Belastung durch ein zu übertragendes Bremsmoment einer gewissen Größe zumindest zwei innerhalb einer Aussparung (4) einander benachbart liegende Segmente (5, 6) aneinander zum Anliegen kommen.Brake disk for motor vehicles with a brake disk pot consisting of a metallic material ( 1 ) and a friction ring ( 2 ) made of a non-metallic material, which on its inner circumference ( 2a ) Recesses ( 4 ), in which at the brake disk pot ( 1 ) provided projections ( 1c ) protrude in the radial direction, each projection ( 1c ) of at least two circumferentially adjacent segments ( 5 . 6 ), of which the two outer at least when no torque from the friction ring ( 2 ) on the brake disk pot ( 1 ) is transmitted to the adjacent flanks of the associated recess ( 4 ), while by slight resilient training of these projection segments ( 5 . 6 ) under load by a brake torque to be transmitted of a certain size at least two within a recess ( 4 ) adjacent segments ( 5 . 6 ) come to the concern. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (1c) in Axialrichtung betrachtet an einem am Innenumfang (2a) des Reibrings (2) vorgesehenen Steg (2b) anliegen und/oder durch einen Sicherungsring gehalten sind.Brake disc according to claim 1, characterized in that the projections ( 1c ) viewed in the axial direction at one on the inner circumference ( 2a ) of Friction rings ( 2 ) provided web ( 2 B ) and / or held by a retaining ring. Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (2) zumindest einseitig in Axialrichtung betrachtet durch die in die jeweiligen Aussparungen (4) eingeklemmten Vorsprünge (1c) gehalten istBrake disc according to claim 1 or 2, characterized in that the friction ring ( 2 ) viewed at least on one side in the axial direction by the in the respective recesses ( 4 ) pinched projections ( 1c ) is held
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