DE19830666B4 - Brake disc, in particular for a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Bremsscheibe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Bremsscheibentopf (1) und einem diesen koaxial bezüglich einer gemeinsamen Mittelachse (30) umgebenden scheibenförmigen Reibring (2), wobei der Reibring (2) an seinem Innenumfang mit einem Profil (2a) ausgebildet ist, welches an einer komplementär geformten Wandung (1a) des Bremsscheibentopfes (1) zur spielfreien Übertragung eines auf den Reibring (2) bezüglich der Mittelachse (30) wirkenden Drehmomentes auf den Bremsscheibentopf (1) formschlüssig anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (2) aus einer faserverstärkten Verbundkeramik auf der Basis von Siliziumkarbid besteht und der Reibring (2) bereits als Grünling im C/C-Zustand mit einem regelmäßigen wellenförmigen Profil (2a) versehen ist.Brake disk, in particular for motor vehicles, comprising a brake disk pot (1) and a disk-shaped friction ring (2) surrounding it coaxially with respect to a common central axis (30), wherein the friction ring (2) is formed on its inner periphery with a profile (2a) a complementary shaped wall (1 a) of the brake disk hub (1) for play-free transmission of a on the friction ring (2) with respect to the central axis (30) acting torque on the brake disk chamber (1) positively rests, characterized in that the friction ring (2) from a Fiber-reinforced composite ceramic based on silicon carbide and the friction ring (2) is already provided as a green compact in the C / C state with a regular wave-shaped profile (2a).

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Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsscheibe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates a brake disc, in particular for a motor vehicle, after the Preamble of claim 1.

In der Bremsentechnik haben sich für höchste Beanspruchungen beispielsweise im Kraftfahrzeug-, Flugzeug- oder Bahnbereich Scheibenbremsen (Teil- oder Vollbelagscheibenbremsen) weitgehend durchgesetzt. Hierbei wird auf begrenztem Raum kinetische Energie in Reibungswärme umgesetzt. Die Leistungsfähigkeit der Bremse hängt von der Bremsscheibe und dem Bremssattel ab, welche insbesondere bezüglich mechanischer Festigkeit und thermischer Belastung aufeinander abgestimmt sind.In the brake technology have become for highest demands For example, in the automotive, aircraft or railway disc brakes (Partial or Vollbelagscheibenbremsen) largely enforced. in this connection kinetic energy is converted into frictional heat in a limited space. The efficiency the brake hangs from the brake disc and the caliper, which in particular in terms of mechanical strength and thermal load matched are.

Eine Bremsscheibe weist einen Bremsscheibentopf und eine an diesem gehalterte Reibscheibe auf. Reibscheiben werden üblicherweise mittels Sand- oder Kokillenguß aus Grauguß-Legierungen hergestellt. Bei Bremsscheiben aus Grauguß-Legierungen, welche typischerweise einen Ausdehnungskoeffizienten von 10⋅10–6/K aufweisen, tritt bei Wärmeeinwirkung eine radiale und, bedingt durch die Anbindung an den Bremsscheibentopf, eine axiale Ausdehnung (Schirmung) auf. Es wird beispielsweise versucht, durch gezielte Anordnung von Wärmedämmnuten die Schirmung möglichst gering zu halten.A brake disk has a brake disk pot and a friction disk supported thereon. Friction discs are usually made by sand or chill casting of gray cast iron alloys. In brake discs of gray cast iron alloys, which typically have a coefficient of expansion of 10⋅10 -6 / K, occurs under heat a radial and, due to the connection to the disc brake cup, an axial extension (shielding) on. For example, attempts are made to keep the shielding as low as possible by means of a targeted arrangement of thermal insulation grooves.

Für Einsätze, bei denen herkömmliche Stahl- oder Graugußbremsscheiben bei vorgegebenem Bauraum an ihre Leistungsgrenze stoßen, werden neuerdings thermisch belastbarere Werk stoffe eingesetzt. Beispielsweise im Rennsport oder beim Flugzeugbau finden faserverstärkte Kohlen- oder Keramikwerkstoffe als Reibmaterial Verwendung. In der Regel werden derartige Werkstoffe als Platten, Scheiben oder Ringe hergestellt. Reibringe aus diesen Materialien werden durch eine Anzahl von Verbindungselementen, beispielsweise Bolzen, Gleitschuhe, Hülsen usw. an einer Adaption bzw. dem Bremsscheibentopf befestigt. Die Adaption hat die Aufgabe, auf die Bremsscheibe wirkende Drehmomente auf den Bremsscheibentopf zu übertragen, die verschiedenen thermischen Ausdehnungen der unterschiedlichen Werkstoffe auszugleichen und den Temperaturbelastungen der verwendeten, neuartigen Reibwerkstoffe standzuhalten. Es wird daher oftmals eine schwimmende Lagerung des Reibrings gewählt.For inserts, where conventional Steel or cast iron brake discs come to their performance limit for a given space, are lately thermally stronger materials used. For example, in Racing or aircraft construction, fiber reinforced carbon or ceramic materials as a friction material use. Usually Such materials are produced as plates, discs or rings. Friction rings of these materials are defined by a number of fasteners, For example, bolts, shoes, sleeves, etc. on an adaptation or the brake disc hub attached. Adaptation has the task torques acting on the brake disk on the brake disk chamber transferred to, the different thermal expansions of different ones Balance materials and the temperature loads of the used, to withstand novel friction materials. It is therefore often a floating bearing of the friction ring selected.

Fertigungstoleranzen, insbesondere im Zusammenbau bezüglich Planlauffehlern und Dickenfehlern, wirken sich stark auf den Komfort der Scheibenbremse aus. Bei Graugußbremsscheiben sind die Toleranzen möglichst klein gewählt, was aber unter dem Gesichtspunkt der Massenfertigung mit höheren Kosten verbunden ist. Anbindungen, wie sie beispielsweise im Rennsport üblich sind (schwimmende Lagerung) erfüllen diese Toleranzen nicht.Manufacturing tolerances, in particular in assembly re Planlauffehlern and thickness errors, have a strong effect on comfort the disc brake off. For cast iron brake discs are the tolerances preferably chosen small, but what from the point of view of mass production with higher costs connected is. Connections, as they are common in racing, for example (floating storage) these tolerances are not.

Aus der DE 35 15 512 A1 ist ein Reibring, insbesondere für Scheiben- oder Trommelbremsen bekannt, welcher vollständig aus Keramik hergestellt ist. Um bei einer diesen Reibring verwen denden Trommelbremse eine drehfeste Verbindung zwischen Reibring und Bremsgehäuse zu erreichen, ist vorgesehen, das Bremsgehäuse am Innenumfang mit konkaven Vorsprüngen und den Reibring am Außenumfang mit konvexen Ausnehmungen zu versehen, wobei Vorsprünge und Ausnehmungen ineinandergreifen. Zur axialen Sicherung der beiden Bauteile gegeneinander ist am Außenrand der topfförmigen Nabe ein Flansch vorgesehen, der eine Ringnut aufweist, in die sich der Reibring erstreckt. Das Ausbilden. der Nabe mit einem derartigen Flansch sowie das paßgenaue Einbringen des Reibrings in die Ringnut des Flansches muß als sehr aufwendig angesehen werden. Der Reibring besteht jedoch aus gesinterter, monolithischer Keramik und weist für eine Anwendung als Bremse nicht die ausreichende Bruchzähigkeit, insbesondere im Anbindungsbereich auf.From the DE 35 15 512 A1 is a friction ring, in particular for disc or drum brakes known, which is made entirely of ceramic. In order to verwen at this friction ring denden drum brake to achieve a rotationally fixed connection between the friction ring and the brake housing, it is provided to provide the brake housing on the inner circumference with concave projections and the friction ring on the outer circumference with convex recesses, wherein projections and recesses mesh. For axially securing the two components against each other, a flange is provided on the outer edge of the cup-shaped hub, which has an annular groove into which the friction ring extends. The training. the hub with such a flange as well as the precisely fitting introduction of the friction ring in the annular groove of the flange must be considered very expensive. However, the friction ring is made of sintered, monolithic ceramic and does not have sufficient fracture toughness for use as a brake, especially in the connection area.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer Bremsscheibe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welche aus möglichst wenigen Teilen einfach und kostengünstig herstellbar ist und dabei ein möglichst geringes Gewicht aufweist.Object of the present invention is therefore the creation of a brake disk, in particular for a motor vehicle, which as possible few parts is easy and inexpensive to produce and it one possible low weight.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Bremsscheibe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. This task is solved by a brake disc having the features of patent claim 1.

Erfindungsgemäß ist nun eine Bremsscheibe zur Verfügung gestellt, welche gegenüber herkömmlichen Hochleistungs-Bremsscheiben wesentlich weniger Bauteile und ein geringeres Gewicht aufweist. Der Montageaufwand zur Befestigung des Reibrings an dem Bremsscheibentopf ist wesentlich geringer als bei herkömmlichen Hochleistungs-Bremsscheiben, da keine Schraubverbindungen vorgesehen sind. Geforderte Toleranzen (beispielsweise bezüglich Planlauf, Dickenfehler, Welligkeit) können durch die feste Verbindung zwischen Reibring und Bremsscheibentopf eingehalten werden. Die erfindungsgemäße Bremsscheibe ist in einfacher Weise endbearbeitbar, sowie entsprechend einer herkömmlichen Grauguß-Bremsscheibe montierbar und demontierbar.According to the invention is now a brake disc for disposal asked, which opposite usual High performance brake discs significantly fewer components and a has lower weight. The installation effort for attachment the friction ring on the brake disc pot is much lower than at conventional High-performance brake discs, as no screw connections are provided. Required tolerances (for example with respect to axial runout, thickness error, Waviness) due to the firm connection between the friction ring and the brake disk cup be respected. The brake disc according to the invention is in a simpler Way finished, and according to a conventional gray cast iron brake disc mountable and dismountable.

Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Bremsscheibe sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred embodiments of the brake disc according to the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe beaufschlagt das Profil des Reibrings die komplementär geformte Wandung des Bremsscheibentopfes in axialer Richtung formschlüssig, bzw. wird von ihr beaufschlagt. Hierdurch ist in einfacher Weise eine (bezüglich der gemeinsamen Mittelachse) axiale Anbindung des Reibrings an den Bremsscheibentopf erzielbar.According to a preferred embodiment of brake disc according to the invention acts on the profile of the friction ring the complementarily shaped wall the brake disk hub in the axial direction positively, or is charged by her. This is a simple way (in terms of the common central axis) axial connection of the friction ring to the Brake disc can be achieved.

Zweckmäßigerweise ist der Reibring aus einem nichtmetallischen, Werkstoff, insbesondere einem Kohlenstoff- oder Keramikwerkstoff hergestellt. Derartige Werkstoffe weisen gegenüber herkömmlichen Grauguß-Bremsscheiben einen wesentlich geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf (typischerweise etwa 2⋅10–6/K, so daß die vorgesehene formschlüssige Verbindung zwischen Reibring und Bremsscheibentopf in besonders einfacher Weise realisierbar ist, da sich nur geringe thermische Radialdehnungen ergeben. Als Werkstoffe für den Reibring werden faserverstärkte Verbundkeramiken auf der Basis von Siliziumkarbid (C/C-SiC) eingesetzt. Derartige Materialien sind wesentlich leichter als beispielsweise herkömmliche Graugußlegierungen.Conveniently, the friction ring is made of a non-metallic, material, in particular a carbon or ceramic material. Such materials have compared to conventional gray cast iron brake discs to a much lower coefficient of thermal expansion (typically about 2⋅10 -6 / K, so that the proposed positive connection between the friction ring and brake disk can be realized in a particularly simple manner, since there are only small thermal radial expansions. Fiber-reinforced composite ceramics based on silicon carbide (C / C-SiC) are used as materials for the friction ring, and such materials are significantly lighter than, for example, conventional cast iron alloys.

Gemäß der erfindungsgemäßen Bremsscheibe ist das Profil des Reibrings wellenförmig ausgebildet. Ein derartiges Wellenprofil ist in einfacher Weise in den Reibring einbringbar, ohne seine mechanische Festigkeit zu beeinträchtigen. Es sind gleichfalls wellenförmige Profile mit rechteckigen Profilzähnen oder andere, beliebig geformte Profile denkbar. Es wird keine besondere Form- oder Lagetoleranz an die Profilfläche gestellt, da sich die Kontur der Wandung des Bremsscheibentopfes an das Profil anpaßt. Es ist ferner vorgesehen, den Reibring bereits als Grünling (im C/C-Zustand) mit dem gewünschten Profil zu versehen.According to the brake disc according to the invention the profile of the friction ring is wavy. Such a thing Wave profile can be easily introduced into the friction ring, without compromising its mechanical strength. They are the same wavy Profiles with rectangular profile teeth or other, arbitrarily shaped profiles conceivable. It will not be special Form or position tolerance placed on the profile surface, as the contour of the Wall of the brake disc cup adapts to the profile. It is further provided, the friction ring already as a green body (in the C / C state) with the desired To provide profile.

Zweckmäßigerweise ist der Bremsscheibentopf aus einem metallischen Werkstoff hergestellt. Insbesondere herkömmliche Blechtöpfe sind in preiswerter Weise erhältlich bzw. umformbar. Bevorzugt werden insbesondere Nirosta-Stahlbleche, welche ein verhältnismäßig geringes Gewicht bei guter mechanischer Stabilität aufweisen.Appropriately, the brake disk cup made of a metallic material. In particular conventional tin pots are available in a cheap way or deformable. Preference is given in particular to Nirosta steel sheets, which is a relatively small one Have weight with good mechanical stability.

Bei der Herstellung erfolgt eine formschlüssige Anpassung der Kontur der Wandung des Bremsscheibentopfes an das Profil des Reibrings mittels eines Umformprozesses. Innenhochdruckumformung bzw. IHU-Verfahren werden hierbei als Umformprozesse bevorzugt. Derartige Verfahren sind sehr kostengünstig durchführbar. Hierdurch paßt sich die Wandung des Bremsscheibentopfes an das Profil bzw. die Kontur des Reibrings an. Zur Verhinderung einer Sprengung des Reibrings während dieses Vorgangs wird der Reibring zweckmäßigerweise von allen Seiten abgestützt.In the production takes place positive Adaptation of the contour of the wall of the brake disc hub to the Profile of the friction ring by means of a forming process. Hydroforming or IHU processes are preferred here as forming processes. such Procedures are very cost effective feasible. This fits the wall of the brake disc hub to the profile or the Contour of the friction ring on. To prevent blasting of the friction ring while This operation is the friction ring expediently from all sides supported.

Zweckmäßigerweise können gegebenenfalls Einschnitte zur elastischen Kompensation thermisch bedingter Verformungen in den Bremsscheibentopf eingebracht werden.Appropriately, if necessary, cuts for elastic compensation of thermally induced deformations in the brake disk pot are introduced.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsscheibe wird nun anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. In dieser zeigtA preferred embodiment the brake disc according to the invention will now be explained in detail with reference to the drawing. In this shows

1 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsscheibe, 1 a plan view of a preferred embodiment of the brake disc according to the invention,

2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 der 1, und 2 a cross section along the line 2-2 of the 1 , and

3 den eingekreisten Bereich der 2 in vergrößertem Maßstab. 3 the circled area of 2 on an enlarged scale.

Die in den 1 und 2 dargestellte, eine hutförmige Gestalt aufweisende Bremsscheibe weist einen Bremsscheibentopf 1 und einen Reibring 2 auf. Der Reibring 2 umgibt den Bremsscheibentopf 1 bezüglich einer gemeinsamen Mittelachse 30 koaxial. Der Bodenbereich des Bremsscheibentopfes ist mit einer Verstärkungsplatte 10 zur Verbesserung seiner mechanischen Festigkeit ausgebildet. In 1 ist zu erkennen, daß der Innenumfang des Reibrings 2 mit einem wellenförmigen Profil 2a ausgebildet ist, welches in Umfangsrichtung des Reibrings 2 formschlüssig eine komplementär geformte Wandung 1a des Bremsscheibentopfes 1 beaufschlagt. Hierdurch ist der Reibring 2 in Umfangsrichtung bezüglich des Bremsscheibentopfes 1 gesichert. Ferner können auf den Reibring 2 wirkende Drehmomente im wesentlichen spielfrei auf den Bremsscheibentopf 1 übertragen werden.The in the 1 and 2 shown, a hat-shaped shape having brake disc has a brake disc hub 1 and a friction ring 2 on. The friction ring 2 surrounds the brake disk pot 1 with respect to a common central axis 30 coaxial. The bottom portion of the brake disc pot is with a reinforcing plate 10 designed to improve its mechanical strength. In 1 It can be seen that the inner circumference of the friction ring 2 with a wavy profile 2a is formed, which in the circumferential direction of the friction ring 2 positively a complementarily shaped wall 1a of the brake disk pot 1 applied. This is the friction ring 2 in the circumferential direction with respect to the brake disk hub 1 secured. Furthermore, on the friction ring 2 acting torques essentially free of play on the brake disc chamber 1 be transmitted.

Insbesondere in 3 ist erkennbar, daß Profil 2a und Wandung 1a auch in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Mittelachse 30, einander formschlüssig beaufschlagen. Hierdurch ist der Reibring 2 auch in axialer Richtung am Bremsscheibentopf 1 gesichert.In particular in 3 is recognizable that profile 2a and wall 1a also in the axial direction, ie in the direction of the central axis 30 to act on each other positively. This is the friction ring 2 also in the axial direction on the brake disk pot 1 secured.

Claims (4)

Bremsscheibe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Bremsscheibentopf (1) und einem diesen koaxial bezüglich einer gemeinsamen Mittelachse (30) umgebenden scheibenförmigen Reibring (2), wobei der Reibring (2) an seinem Innenumfang mit einem Profil (2a) ausgebildet ist, welches an einer komplementär geformten Wandung (1a) des Bremsscheibentopfes (1) zur spielfreien Übertragung eines auf den Reibring (2) bezüglich der Mittelachse (30) wirkenden Drehmomentes auf den Bremsscheibentopf (1) formschlüssig anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (2) aus einer faserverstärkten Verbundkeramik auf der Basis von Siliziumkarbid besteht und der Reibring (2) bereits als Grünling im C/C-Zustand mit einem regelmäßigen wellenförmigen Profil (2a) versehen ist.Brake disk, in particular for motor vehicles, with a brake disk pot ( 1 ) and a coaxial with respect to a common central axis ( 30 ) surrounding disk-shaped friction ring ( 2 ), wherein the friction ring ( 2 ) on its inner circumference with a profile ( 2a ) formed on a complementarily shaped wall ( 1a ) of the brake disk pot ( 1 ) for play-free transmission of a on the friction ring ( 2 ) with respect to the central axis ( 30 ) acting torque on the brake disk hub ( 1 ) rests positively, characterized in that the friction ring ( 2 ) consists of a fiber-reinforced composite ceramic based on silicon carbide and the friction ring ( 2 ) already as a green compact in the C / C state with a regular wavy profile ( 2a ) is provided. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die komplementär geformte Wandung (1a) in axialer Richtung das Profil (2a) nach einem Umformprozess formschlüssig beaufschlagt.Brake disc according to claim 1, characterized in that the complementarily shaped wall ( 1a ) in the axial direction the profile ( 2a ) acted positively after a forming process. Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf (1) aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist.Brake disc according to claim 1 or 2, characterized in that the brake disc hub ( 1 ) is made of a metallic material. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bremsscheibentopf (1) Einschnitte zur elastischen Kompensation thermisch bedingter Verformungen vorgesehen sind.Brake disc according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the brake disc hub ( 1 ) Incisions for elastic compensation are provided on thermally induced deformations.
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