DE19819425A1 - Bremsscheibe, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft eine zumindest einen Reibring sowie ein topfförmiges Halteteil aufweisende Brems­ scheibe insbesondere für Kraftfahrzeuge.

So sind bereits Bremsscheiben unbelüfteter Bauart, d. h. mit nur einem Reibring bekannt, bei denen der Reibring üblicher­ weise einteilig mit dem topfförmigen Halteteil verbunden ist und über das Halteteil insbesondere an einer Fahrzeugachse befestigt werden kann. In der Praxis haben solche Brems­ scheiben allerdings Nachteile aufgezeigt. Neben Defiziten der beschriebenen Bremsscheibe hinsichtlich thermischer Be­ lastung besitzt Sie häufig ein unerwünscht hohes Gewicht aufgrund ihres hohen Materialbedarfes.

Darüber hinaus ist beispielsweise in der DE 44 36 653 A1 eine Bremsscheibenanordnung offenbart, wonach die Brems­ scheibe aus einer glockenförmigen Nabe und einem Bremsring besteht. Der Bremsring besitzt zwei Reibringe, zwischen de­ nen sich ein Belüftungskanal erstreckt und die durch Stege miteinander verbunden sind. Durch die Bremsscheibenrotation wird Kühlluft durch den Belüftungskanal geleitet, um eine übermäßige Erhitzung der gesamtem Bremsscheibe infolge Um­ setzung der Bremsleistung zu verhindern. Speziell bei Fahr­ zeugen mit hoher Leistung ist die Gefahr einer starken Er­ hitzung der Bremsscheibe dennoch gegeben. Als weitere we­ sentliche Anforderung an eine gattungsgemäße Bremsscheibe neben der ausreichenden Kühlung erweist sich das ständige Bestreben nach einer Gewichtsreduzierung, um die im Fahr­ zeugbau unerwünschten ungefederten Massen am Fahrzeugrad zu verkleinern. Im Falle des genannten Dokumentes wird versucht dem Rechnung zu tragen durch Wahl unterschiedlicher Werk­ stoffe einerseits für den glockenförmigen Nabentopf und an­ dererseits für den Bremsring. Unnötigerweise entstehen somit zwei Einzelteile, die erst wieder durch einen zusätzlichen Bearbeitungsschritt aufwendig miteinander verbunden werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brems­ scheibe mit Belüftung insbesondere für Kraftfahrzeugbremsen zu schaffen, die bei reduziertem Materialaufwand eine Ge­ wichtsersparnis aufweist unter Beibehaltung einer ausrei­ chenden mechanischen und thermischen Widerstandsfähigkeit.

Erfüllt wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 1. Danach besitzt der Reibring der Brems­ scheibe einen Grundkörper, der als skelettartige Gitter­ struktur ausgebildet ist. Die Gitterstruktur ergibt sich dabei aus der Anordnung von sich überschneidenden Rippen. Je nach den spezifischen Anforderungen an die Bremsscheibe kann es ausreichend sein den Reibring ausschließlich als netz­ artiges Gitter auszuführen, falls die notwendigen Bremslei­ stungen erbracht werden können und die mechanische Festig­ keit der Gitterstruktur ausreichend ist. Allgemein ergibt sich durch die Verwendung einer Gitterstruktur eine erhebli­ che Gewichtsersparnis sowie Vorteile in der thermischen Ab­ strahlung.

In einer vorteilhaften Ausführung der Bremsscheibe ist die aus Rippen gebildete Gitterstruktur gegossen, wobei gemäß einer Weiterentwicklung die Freiräume des netzartigen Git­ ters mit einem geeigneten Füllmaterial versehen sein können. Als solche Füllmaterialien sind beispielsweise Leichtmetal­ le, keramische Werkstoffe oder sonstige Werkstoffe mit ge­ ringem spezifischen Gewicht bei hoher thermischer wie auch mechanischer Widerstandsfähigkeit geeignet. Durch gezielte Wahl des Werkstoffes für die Gitterstruktur und die Füllung, läßt sich der Reibring der Bremsscheibe nach den jeweiligen Anforderungen gestalten.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besitzt die Bremsscheibe zwei Reibringe mit außenliegenden Reibflächen, zwischen denen sich ein Belüftungskanal erstreckt, wobei die beiden Reibringe mit Stegen untereinander verbunden sind. Zumindest einer dieser Reibringe weist an seiner dem Belüf­ tungskanal zugewandten Fläche eine Rippenanordnung auf. Vor­ zugsweise ist diese Rippenanordnung jedoch an beiden Rei­ bringen vorgesehen, wobei die einzelnen Rippen sich in den Belüftungskanal hinein erstrecken und damit zusätzlich die für die Wärmeabstrahlung bedeutsame Reibringoberfläche ver­ größern. Durch die Rippenanordnung wird die mechanische und die thermische Widerstandsfähigkeit der einzelnen Reibringe gesteigert. Dies hat zur Folge, daß die eigentliche Reib­ ringdicke verringert werden kann und damit insgesamt für die Bremsscheibe eine Materialersparnis vorliegt. Letztlich wird die vom Reibring zu tragende mechanische und thermische Be­ lastung zumindest anteilig von der Rippenanordnung übernom­ men.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante weisen die am Reib­ ring angeordneten Rippen eine Gitterstruktur auf, bei der sich die einzelnen Rippen netzartig an Gitternetzpunkten kreuzen bzw. aufeinandertreffen. Hierbei ist die Art der Gitterstruktur im wesentlichen frei wählbar, woraus sich für die Grundelemente der Gitterstruktur verschiedenste geome­ trische Formen ergeben können (z. B. Kreis, Polygonform, Dreieck, Viereck, Vieleck etc.). Als für die Praxis beson­ ders vorteilhaft erweist sich dabei die Verwendung von Git­ terstrukturen mit viereckigen (besonders rautenförmigen) bzw. vieleckigen Grundelementen. Speziell bei Herstellung der Bremsscheibe als Gußteil aus einem einzigen Stück lassen sich diese Varianten mit dem gewünschten Erfolg am besten umsetzen. Des weiteren hat die Wahl der Gitterstruktur ent­ scheidenden Einfluß auf die mechanische Belastbarkeit der Rippenanordnung und damit der einzelnen Reibringe.

Vorzugsweise sind die die beiden Reibringe miteinander ver­ bindenden Stege als Säulen ausgeführt, insbesondere mit ei­ nem im wesentlichen kreisförmigen bzw. vieleckigen Quer­ schnitt. Dies erleichtert die gießtechnische Herstellung der gesamten Bremsscheibe und begünstigt zudem die Kühlluftströ­ mung im Belüftungskanal zwischen den beiden Reibringen.

In einer weiteren vorteilhaften Variante sind die säulen­ artigen Stege zwischen den Reibringen jeweils an den Gitter­ netzpunkten der Rippenanordnung angeordnet, wobei für beide Reibringe die gleiche Gitterstruktur verwendet wird. Hier­ durch ergibt sich eine besonders günstige Gießherstellung sowie das größte Maß an Material- und Gewichtseinsparung für die gesamte Bremsscheibe.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Innerhalb der Zeichnung zeigt:

Fig. 1a eine teilweise aufgebrochene Draufsicht auf eine innenbelüftete Bremsscheibe mit innenliegender Rippenanordnung am Reibring,

Fig. 1b eine entlang der Linie B-B in Fig. 1a geschnit­ tene Teilansicht des Reibringes mit Rippen,

Fig. 2 eine entlang der Linie A-A in Fig. 1a geschnit­ tene Ansicht der gesamten Bremsscheibe.

Aus den Fig. 1 und 2 geht eine Bremsscheibe 1 hervor, die im wesentlichen ein topfförmiges Halteteil 2 sowie einen Bremsring 3 aufweist, die einstückig miteinander verbunden sind. Der Bremsring 3 besitzt als innenbelüfteter Bremsring 3 zwei Reibringe 4 mit außenliegenden Reibflächen 5, die durch einen Belüftungskanal 6 getrennt sind. Die beiden Reibringe 4 sind durch in Achsrichtung der Bremsscheibe 1 verlaufende säulenförmige Stege 7 miteinander verbunden, wobei einer der Reibringe 4 unmittelbar an das topfförmige Halteteil 2 angeformt ist. Das Halteteil 2 seinerseits be­ sitzt an einem Flanschabschnitt 8 mehrere Durchgangbohrungen 9 zur achsfesten Verschraubung der Bremsscheibe bzw. zur Radbefestigung. Die gesamte Bremsscheibe 1 wird besonders günstig durch ein Gießverfahren hergestellt.

Zur Gewichtseinsparung sowie auch zur Verbesserung der me­ chanischen und thermischen Eigenschaften der Bremsscheibe 1 sind die Reibringe 4 gegenüber bekannten Ausführungen mit einer geringeren Reibringdicke 10 versehen, wobei jeder Reibring 4 auf seiner dem Belüftungskanal 6 zugewandten Sei­ te die Anordnung mehrerer Rippen 11 aufweist. Durch die re­ duzierte Reibringdicke 10 ergibt sich ein verminderter Mate­ rialbedarf für die Bremsscheibe 1 und somit eine überaus gewünschte Gewichtsersparnis. Im gleichen Zug wird der Quer­ schnitt des Belüftungskanals 6 vergrößert, was sich in einer verbesserten Bremsscheibenkühlung infolge Verstärkung der Kühlluftströmung niederschlägt. Dies eröffnet zudem die Mög­ lichkeit der Reduzierung der Dicke der gesamten Bremsschei­ be, vorausgesetzt der Belüftungskanal ist ausreichend dimen­ sioniert und bedarf keiner zusätzlichen Querschnittsver­ größerung. Weiterhin vergrößern die sich in den Belüftungskanal 6 erstreckenden Rippen 11 die Reibringoberfläche und erhöhen damit das Maß der Wärmeabstrahlung der Bremsscheibe.

Zur Beibehaltung insbesondere der mechanischen und thermi­ schen Eigenschaften der Bremsscheibe 1 ist die Rippenanord­ nung auf den Reibringen 4 in Gestalt einer Gitterstruktur 12 ausgeführt. Hierbei kreuzen sich die einzelnen Rippen 11 netzartig.

Ergänzend zu den in den Figuren gezeigten Ausführungen könne sich die Rippen 11 in Form einer netzartigen Gitterstruktur 12 über die gesamte Reibringdicke 10 erstrecken. Bei aus­ reichender Dimensionierung der Gitterstruktur 12 ist es so­ gar denkbar den Reibring 4 ausschließlich als skelettartige Gitterstruktur 12 auszuführen. In einem solchen Fall wird unmittelbar die Gitterstruktur 12 von den Reibbelägen über­ strichen und zur Erzeugung der Bremsleistung genutzt. Selbstverständlich besitzt ein Reibring 4 ausschließlich mit Gittergrundstruktur 12 hervorragende thermische Eigenschaf­ ten hinsichtlich Wärmeabstrahlung, wodurch die Umsetzung der erfinderischen Idee auch bei nicht belüfteten Bremsscheiben mit nur einem Reibring gestattet wird.

Es lassen sich allgemein nahezu beliebige Gitterstrukturen 12 gestalten, die als Gittergrundelemente 13 auf verschie­ denste geometrische Formen zurückgreifen können. Als beson­ ders vorteilhaft für die praktische Umsetzung erweist sich wie in Fig. 1a dargestellt eine Raute als Gittergrundele­ ment 13. Analog dazu sind selbstverständlich auch noch ande­ re Formen wie z. B. dreieckige, viereckige, vieleckige, po­ lygonartige oder runde Gittergrundelemente möglich. Durch die Gitterstruktur 12 der Rippenanordnung ergibt sich ein mechanisch wie thermisch zwar nachgiebiges (z. B. Bei ther­ mischer Aufweitung der Bremsscheibe 1), andererseits jedoch auch überaus widerstandsfähiges Rippengeflecht, das erst eine Verringerung der Reibringdicke 10 ermöglicht.

Als weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer geeig­ neten Gitterstruktur 12 ist die Verwendung wabenartiger Git­ tergrundelemente 13 (fünf-, sechs- oder vieleckig) zu nen­ nen.

Bei Ausgestaltung einer rautenförmigen Gitterstruktur 12 erstrecken sich die Rippen 11 im wesentlichen zwischen den radialen Rändern 14 des Reibringes 4 und unterstützen damit die Bremsringfestigkeit.

In einer besonders vorteilhaften Gestaltungsvariante ist das netzartige Rippengeflecht der Gitterstruktur 12 in seinen Freiräumen, d. h. im Bereich der Gittergrundelemente 13, mit einem geeigneten Füllmaterial versehen. Ein solches Füll­ material kann je nach spezifischer Anforderung an die Brems­ scheibe beispielsweise aus einem Leichtmetall, einem kera­ mischen Werkstoff oder einem sonstigen Werkstoff mit gerin­ gem Gewicht und hoher thermischer sowie mechanischer Wider­ standsfähigkeit bestehen. Durch Verwendung unterschiedlicher Materialien für die Gitterstruktur 12 und die Füllungen läßt sich der Reibring 4 an die speziellen Bremsscheibenanforde­ rungen je nach Anwendungsfall zielgerichtet anpassen.

Bei der in den Figuren dargestellten belüfteten Bremsscheibe sind die die Reibringe verbindenden Stege 7 bevorzugt als im Querschnitt im wesentlichen runde Säulen 7 ausgeführt. Dies erweist sich nicht nur für die Gießherstellung der Brems­ scheibe 1 als günstig, sondern bewirkt zudem auch noch Strö­ mungsvorteile innerhalb des Belüftungskanales 6. Die im Querschnitt runden Säulen 7 besitzen günstige aerodynamische Eigenschaften und begünstigen damit die Kühlluftströmung.

Die Anordnung der Säulen 7 erfolgt vorteilhaft an den Git­ ternetzpunkten 15 der Rippenanordnung, das heißt an den Stellen, an denen sich die einzelnen Rippen 11 kreuzen bzw. treffen. Dadurch erfordern die Säulen 7 aufgrund ihrer ge­ ringen Länge den geringsten Materialbedarf und gestatten demzufolge die größtmögliche Gewichtseinsparung an der Bremsscheibe 1. Bei Wahl einer Gitterstruktur 12 mit rauten­ förmigen Gittergrundelementen 13 (siehe Fig. 1a) sind zu­ sätzlich die säulenartigen Stege 7 in beiden Drehrichtungen der Bremsscheibe 1 zueinander auf leitschaufelförmigen Kon­ turlinien 16 angeordnet. Damit unterstützen die Stege 7 bei Bremsscheibenrotation die Bremsringdurchströmung durch den Belüftungskanal und damit die Bremsscheibenkühlung. Ergänzend wird durch die Gitterstruktur 12 in Verbindung mit einer reduzierten Reibringdicke 10 die einfache Möglichkeit einer leicht zu kontrollierenden Verschleißmarkierung für die Bremsscheibe eröffnet. Dazu wird die Reibringdicke 10 zumindest abschnittsweise auf das maximal zulässige Ver­ schleißmaß des Reibringes abgestimmt. Dabei kann die Reib­ ringdicke beispielsweise innerhalb einiger am Umfang der Bremsscheibe verteilter Gittergrundelemente 13 auf diese maximal zulässige Reibringverschleißmaß reduziert werden. Bei Erreichen des erwähnten Verschleißmaßes entsteht zumin­ dest ein Loch im Reibring 4, welches durch einfache Sicht­ kontrolle einen erforderlichen Bremsscheibenwechsel anzeigt.

Wie schon erwähnt wird die Bremsscheibe 1 durch eine Gieß­ verfahren hergestellt und zwar insbesondere unter Verwendung eines kostengünstigen Graugußwerkstoffes. In gleichem Maße sind natürlich auch andere Werkstoffe sowie auch andere Her­ stellverfahren für die Bremsscheibe 1 möglich. Zur Verstär­ kung des Effektes der Gewichtsreduzierung bieten sich bei­ spielsweise Leichtmetalle oder auch Verbundwerkstoffe auf Kunststoff- oder Leichtmetallbasis an.

Claims (11)

1. Bremsscheibe (1) insbesondere für Kraftfahrzeuge mit zumindest einem Reibring (4), dadurch gekennzeichnet, daß der Reibring (4) als Grundkörper eine skelettartige Gitterstruktur (12) aufweist, wobei die Gitterstruktur (12) aus sich überschneidenden Rippen (11) gebildet ist.

2. Bremsscheibe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Reibring (4) mit Gitterstruktur (12) ge­ gossen ist.

3. Bremsscheibe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß Freiräume der Gitter­ struktur (12) mit einem geeigneten Füllmaterial, vor­ zugsweise Leichtmetall oder einem keramischen Werk­ stoff, versehen sind.

4. Bremsscheibe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Füllmaterial aus einem anderen Werkstoff als die aus den Rippen (11) gebildete Gitterstruktur (12) besteht.

5. Bremsscheibe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che mit zwei Reibringen (4), zwischen denen sich ein Belüftungskanal (6) erstreckt und die außenliegende Reibflächen (5) aufweisen, wobei die Reibringe (4) mit­ tels Stege (7) miteinander verbunden sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest ein Reibring (4) an seiner dem Belüftungskanal (6) zugewandten Fläche Rippen (11) aufweist.

6. Bremsscheibe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rippen (11) eine Gitterstruktur (12) auf­ weisen.

7. Bremsscheibe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (11) im wesentlichen zwischen den radialen Rändern (14) des Reibringes (4) verlaufen.

8. Bremsscheibe (1) nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (7) als Säulen (7) ausge­ führt sind.

9. Bremsscheibe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Rippen (11) an einem Gitternetzpunkt (15) zusammentreffen.

10. Bremsscheibe (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stege (7) an den Gitternetzpunkten (15) angeordnet sind.

11. Bremsscheibe (1) nach einem der Ansprüche 5-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibringdicke (10) zumindest abschnittsweise dem maximalen Verschleißmaß eines der Reibringe entspricht.