DE19918667A1 - Bremsscheibe - Google Patents

Abstract

Eine Bremsscheibe (1) für eine Scheibenbremse eines Fahrzeuges weist einen Topfabschnitt (2) sowie einen Reibringabschnitt (3) mit zwei Reibringen (4, 5) auf. Der radial innenliegende Bereich (10) eines der Reibringe (5) ist in axialer Richtung verbreitert und weist in Umfangsrichtung verteilt mehrere Taschen (9) auf, in die Erhebungen (8) des Topfabschnittes (2) eingreifen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.

Aus der EP 0 403 799 B1 ist eine Bremsscheibe bekannt, die einen Reibringab- schnitt mit zwei Reibringen sowie einen Topfabschnitt mit einem radial nach außen weisenden Tragring aufweist. Die Stege zwischen den beiden Reibringen einerseits und der Tragring andererseits greifen wechselseitig ineinander, wobei sich durch entsprechende Ausnehmungen in den Stegen unterschiedliche Wärmeausdehnun­ gen in radialer Richtung ausgleichen können. Die Herstellung der bekannten Bremsscheibe erfolgt durch Verbundgießen des Reibringabschnittes auf den vor­ gefertigten Topfabschnitt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Bremsscheibe weiterzubilden. Außer­ dem soll ein vorteilhaftes Verfahren für die Herstellung der Bremsscheibe angege­ ben werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 2 gelöst. Die An­ sprüche 5 bis 9 beschreiben Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe.

Kerngedanke der Erfindung gemäß Anspruch 1 ist es, anstelle der wechselseitigen "Verzahnung" von Stegen und Tragring den Fußabschnitt eines der beiden Reib­ ringe zu verbreitern und mit Ausnehmungen für entsprechende Erhebungen am Topfabschnitt zu versehen.

Gleichwirkend besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, die Erhebungen am Reibring und die Ausnehmungen am Topfabschnitt anzubringen, wozu der Topfab­ schnitt im Anbindungsbereich eine entsprechende Wandstärke aufweisen muß.

Durch die Erfindung wird eine verbesserte Kühlung des Reibringabschnittes er­ reicht, da im Unterschied zu der aus der EP 0 403 799 B1 bekannten Bremsscheibe alle Kühlluftkanäle zwischen den beiden Reibringen für einen ungehinderten Kühl­ luftdurchsatz frei sind.

Bei der Erfindung gemäß Anspruch 2 erfolgt die Fixierung des Reibringabschnitts gegenüber dem Topfabschnitt nur in einer Axialrichtung durch einen festen An­ schlag (oder eine Mehrzahl von Anschlägen). Topf- und Reibringabschnitt werden durch ein Federelement zur Anlage an diesem Anschlag gebracht. Die in Anspruch 2 beschriebene Anordnung von Anschlag und Federelement an Reibring- bzw. Topfabschnitt kann ohne Änderung der Funktion auch vertauscht sein.

Durch die Erfindung nach Anspruch 2 wird die Herstellung der Bremsscheibe er­ leichtert, da Topf- und Reibringabschnitt getrennt hergestellt, einzeln bearbeitet und nachfolgend zusammengesetzt werden können. Daneben ist jedoch jedes der Her­ stellverfahren nach Anspruch 5 bis 9 ebenso möglich.

Gemäß Anspruch 4 sind zwischen den beiden Abschnitten der Bremsscheibe defi­ nierte Verbindungsstellen mit geringer Tragfähigkeit in radialer Richtung vorgese­ hen, die im Sinn von Sollbruchstellen bei einer thermomechanischen Beanspru­ chung versagen. Durch geeignete Wahl des Querschnitts der Verbindungsstellen bricht dieser Querschnitt bei der ersten entsprechend hohen thermischen Belastung und gewährleistet die radial bewegliche Anbindung des Reibringabschnittes.

Anspruch 5 gibt ein Verfahren zur Herstellung einer in einem Gießvorgang gegos­ senen Bremsscheibe mit schwimmender Reibringanbindung an. Die Trennfuge wird durch einen Kern gebildet.

Gemäß Anspruch 6 kann in an sich bekannter Weise durch Verbundgießen die Trennung der beiden Abschnitte dadurch erreicht werden, daß vor dem Gießen eine entsprechend der gewünschten Trennfuge gestaltete Trenneinrichtung auf den vor­ gefertigten Abschnitt aufgebracht wird. Die Trenneinrichtung besteht beispielsweise aus einem Tiefziehring aus Metall oder Kunststoff, einem Ring aus Duroplast- Kunststoff, einem gepreßten oder gesinterten Formstück aus Kunststoff oder Ke­ ramik oder einem Vlies aus Glas-, Karbon- oder Keramikfaser.

Gemäß Anspruch 7 ist für den Verbundguß auch die Verwendung eines Trennmit­ tels möglich, um eine stoffschlüssige Verbindung des jeweils anderen Abschnittes mit dem vorgefertigten Abschnitt zu verhindern. Durch die Verwendung eines Trennmittel kann eine vergleichsweise kleine Trennfuge ("Mikrofuge") erreicht wer­ den. Als Trennmittel kommen z. B. Kernschlichte, Graphitpulver, flüssige Trenn­ mittel etc. in Frage.

Bei entsprechender Auswahl des Gußwerkstoffes kann der jeweils andere Abschnitt auch unmittelbar an den vorgefertigen Abschnitt angegossen werden (Anspruch 8). Durch eine gezielte Gefügeumwandelung werden hierbei Bereiche mit deutlich re­ duzierter Festigkeit erzeugt, die Sollbruchstellen darstellen, die bei der ersten aus­ reichend hohen thermomechanischen Belastung aufgetrennt werden. Hierdurch entsteht ebenso wie bei dem Verfahren nach Anspruch 7 eine "Mikrofuge", im Un­ terschied zu den unter Anspruch 5 und 6 beschriebenen "Makrofugen", die durch Einlegen eines Kerns oder einer Trenneinrichtung gebildet werden. Durch das kleine Spaltmaß der Mikrofuge reduzieren sich mögliche Geräusche bei Lastwech­ seln in Umfangsrichtung der Bremsscheibe.

Beim Verbundguß mit unterschiedlichen Materialien für Reibring und Topf wird das Gußmaterial mit der niedrigeren Schmelztemperatur an einen vorgefertigten Ab­ schnitt aus einem Material mit höherer Schmelztemperatur angegossen.

Derjenige Abschnitt der Bremsscheibe, der aus dem Material mit dem niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht, ist bevorzugt mit den Erhebungen versehen, während der Abschnitt mit dem höheren thermischen Ausdehnungskoef­ fizienten die Ausnehmungen trägt. Hierdurch wird ein Verklemmen der beiden Ab­ schnitte bei temperaturbedingter Ausdehnung zuverlässig vermieden. Beispiels­ weise kann an einen Reibring aus Grauguß ein Topfabschnitt aus Aluminium ange­ gossen werden. Ebenso ist eine Kombination zwischen einem Topfabschnitt aus Aluminium oder Stahl und einem Reibringabschnitt aus Karbon möglich.

Durch wenigstens eine Verbindung zwischen Topf- und Reibringabschnitt wird eine spanende Bearbeitung der Bremsscheibe ohne zusätzliche Fixierungsmaßnahmen ermöglicht, da durch die Verbindungen Relativbewegungen zwischen den beiden Abschnitten ausgeschlossen werden (Anspruch 9). Nach erfolgter Bearbeitung werden die Verbindungen entfernt, so daß die Bremsscheibe die erfindungsgemäße Freigängigkeit in radialer Richtung erhält. Gemäß Anspruch 10 können die Verbindungen bei der Herstellung der Bremsscheibe im Verbundguß direkt ange­ gossen werden.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäße Bremsscheibe, in teilweiser Schnittdarstellung,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung entsprechend der Schnittverlaufslinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung entsprechend der Schnittverlaufslinie III-III in Fig. 1 und

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäße Bremsscheibe im Schnitt.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Bremsscheibe 1, die sich aus einem Topfabschnitt 2 sowie einem Reibringabschnitt 3 mit einem äußeren und einem inneren Reibring 4 bzw. 5 zusammensetzt. Die beiden Reibringe 4 und 5 sind über Stege 6 miteinan­ der verbunden und bilden zwischen sich Kühlluftkanäle 7 für die Bremsscheibe 1 aus.

Erfindungsgemäß sind an der Außenseite des Topfabschnittes 2 Erhebungen in Form von Zapfen 8 vorgesehen, die in taschenförmige Ausnehmungen 9 des ver­ breiterten Fußabschnittes 10 des inneren Reibringes 5 eingreifen. Gleichwirkend ist alternativ eine entsprechende Anbindung des Topfabschnittes 2 an den äußeren Reibring 4 möglich. Die Zapfen 8 sind, wie aus Fig. 1 hervorgeht, rechteckförmig ausgebildet und gleichmäßig am Außenumfang des Topfabschnittes 2 angeordnet. Sie weisen eine Dicke von beispielsweise 5 bis 10 mm auf. Durch die Seitenwände 11 und 12 der Fußabschnitte 10 des Reibringes 5 wird der Reibringabschnitt 3 in axialer Richtung gegenüber dem Topfabschnitt 2 geführt, wobei aufgrund der nur geringen Axialkräfte nicht alle Taschen 9 mit seitlichen Wänden 11 und 12 verse­ hen sein müssen. Anschläge 13 und 14 in Umfangsrichtung verhindern ein Verdre­ hen des Reibringabschnittes 3 gegenüber dem Topfabschnitt 2. Die Trennfuge 15 zwischen Topf- und Reibringabschnitt 2 bzw. 3 ermöglicht eine Ausdehnung der beiden Abschnitte 2 und 3 gegeneinander bei unterschiedlichen thermischen Beanspruchungen.

Zwischen den einzelnen Zapfen 8 und Taschen 9 sind fensterartige Öffnungen 16 vorgesehen, durch die die Belüftung der Bremsscheibe 1 verbessert wird. Gleich­ zeitig wird durch die Öffnungen 16 eine Gewichtsreduzierung der Bremsscheibe 1 erreicht.

Die Zapfen 8 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel (in einer nicht dargestellten Ansicht radial auf die Bremsscheibe 1) rechteckförmig ausgestaltet. Abweichend hiervon sind jedoch auch andere Formen möglich. Bei trapezförmigen Zapfen ist anstelle von Wänden 11 und 12 zu beiden Seiten der Zapfen 8 nur noch eine ein­ seitige axiale Führung in Gestalt einer Seitenwand 11 oder 12 erforderlich, da in der anderen Axialrichtung die Schrägflächen des Trapezes die Führung übernehmen. Bei Ausgestaltung der Zapfen in Form von "Doppelpfeilen" mit Schrägflächen in beiden Axialrichtungen (und auch in beiden Umfangsrichtungen) sind keinerlei Sei­ tenwände zur axialen Führung mehr erforderlich, da die beiderseitigen Schrägflä­ chen diese Aufgabe vollständig übernehmen.

Die Bremsscheibe 1 gemäß Fig. 4 setzt sich ebenfalls aus einem Topf- und einem Reibringabschnitt 2 bzw. 3 zusammen, die über Zapfen 8 an der Außenseite des Topfabschnittes 2 und taschenförmige Ausnehmungen 9 an einem verbreiterten Fußabschnitt 10 eines inneren Reibringabschnittes 5 ineinandergreifen. Abwei­ chend vom ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 sind die Ausnehmungen 9 zur Außenseite der Bremsscheibe 1 hin offen und werden innenseitig jeweils durch einen Anschlag 20 begrenzt. Der Topfabschnitt 2 weist im Bereich seines offenen Endabschnittes 26 einen Flansch 23 auf, auf den ein Federelement 21 mit seinem zylindrischen Befestigungsabschnitt 22 aufgepreßt ist. Vom Befestigungsabschnitt 22 des Federelementes 21 steht ein kragenförmiger Federabschnitt 24 ab, der an einer Axialfläche 25 des Fußabschnitts 10 anliegt. Entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 4 ist die Axialfläche 25 beispielsweise gegenüberliegend einer Kontakt­ fläche 27a an den Anschlägen 20 vorgesehen.

Die Befestigung des Federelementes 21 kann abweichend von der Darstellung der Fig. 4 auch durch diskrete Verbindungselemente oder eine stoffschlüssige Verbin­ dung erfolgen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Federelement 21 ein­ stückig ringförmig ausgebildet; es kann jedoch auch von mehreren einzelnen Ele­ menten gebildet werden.

Durch die Vorspannung des Federabschnittes 24 in axialer Richtung wird der Reib­ ringabschnitt 3 mit den Flächen 27a seiner Anschläge 20 gegen Kontaktflächen 27b an den Zapfen 8 gedrückt, so daß das in Fig. 4 eingezeichnete Spiel 28 eliminiert wird. Da in Axialrichtung der Bremsscheibe 1 nur vergleichsweise geringe Kräfte auftreten und die axiale Beweglichkeit des Reibringabschnitts 3 zudem durch den nicht dargestellten Bremssattel begrenzt wird, ist die Führung des Reibringab­ schnitts 3 gegenüber dem Topfabschnitt 2 ausreichend, eine entsprechende axiale Überdeckung zwischen Topf- und Reibringabschnitt 2 bzw. 3 vorausgesetzt. Erfin­ dungsgemäß wird in radialer Richtung ein Ausgleich von unterschiedlichen ther­ misch bedingten Ausdehnungen von Topf- und Reibringabschnitt 2 bzw. 3 durch einen Spalt 15 ermöglicht.

Die durch das Federelement 21 erzeugte Vorspannung in axialer Richtung bewirkt auch einen zusätzlichen Reibschluß in Umfangsrichtung, so daß spielbedingte Ge­ räusche im Betrieb der Bremsscheibe 1 vermieden oder aufgrund der Reibungs­ dämpfung durch das Federelement 21 zumindest stark reduziert werden. Zudem kann in die Zwischenräume zwischen Topf- und Reibringabschnitt 2 bzw. 3 ein elastisches Dämpfungselement (nicht dargestellt) eingebracht werden, das ins­ besondere in Umfangsrichtung eventuell vorhandenes Spiel ausgleicht und damit Geräusche wirksam unterbindet.

Claims (10)

1. Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, mit einem Topfabschnitt sowie einem Reibringabschnitt mit zwei Reibringen, die über Stege miteinander verbunden sind, wobei Topf- und Reibringabschnitt so in­ einandergreifen, daß in axialer Richtung und in Umfangsrichtung ein Form­ schluß und in radialer Richtung eine begrenzte Verschiebbarkeit gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innenliegende Bereich (10) eines der Reibringe (4, 5) in Umfangsrichtung verteilt mehrere Ausnehmungen (9) aufweist, in die Erhebungen (8) des Topfabschnittes (2) eingreifen.

2. Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, mit einem Topfabschnitt sowie einem Reibringabschnitt, wobei Topf und Reibringab­ schnitt so ineinandergreifen, daß in axialer Richtung und in Umfangsrichtung ein Formschluß und in radialer Richtung eine begrenzte Verschiebbarkeit gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Formschlusses in axialer Richtung einerseits ein Anschlag (20) am Reibringabschnitt (3) und anderer­ seits ein Federelement (21) am Topfabschnitt (2) vorgesehen ist, das den Anschlag (20) axial gegen den Topfabschnitt (2) drückt.

3. Bremsscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (21) mit einem Befesti­ gungsabschnitt (22) an einem Flansch (23) des Topfabschnittes (2) ange­ ordnet ist und einen vom Befestigungsabschnitt (22) abstehenden Federab­ schnitt (24) aufweist, der auf eine Axialfläche (25) des Reibringabschnittes (3) wirkt.

4. Bremsscheibe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Topf- und Reibringabschnitt (2 bzw. 3) im Bereich wenigstens einer Erhebung (8) und Aussparung (9) eine stoff­ schlüssige Verbindung vorgesehen ist, die bei entsprechend hoher thermi­ scher Beanspruchung während des Betriebs der Bremsscheibe (1) zerstört wird.

5. Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, die einen Reibring- und einen Topfabschnitt aufweist, die jeweils aus einem Gußwerkstoff bestehen und so ineinandergreifen, daß in axialer Richtung und in Umfangsrichtung ein Formschluß und in radialer Richtung eine begrenzte Verschiebbarkeit gegeben ist, insbesondere zur Herstellung einer Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Gußform für Topf- und Reibringabschnitt (2 bzw. 3) verwendet wird, mit einem Kern, der die beiden Abschnitte (2 bzw. 3) voneinander trennt, so daß das Gußmaterial in einem Arbeitsgang in beide Abschnitte (2, 3) eingebracht werden kann.

6. Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, die einen Topf- und einen Reibringabschnitt aufweist, die so ineinandergreifen, daß in axialer Richtung und in Umfangsrichtung ein Formschluß und in Radialrichtung eine begrenzte Verschiebbarkeit gegeben ist, durch Verbundgießen, insbesondere zur Herstellung einer Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Gießen des zweiten Abschnittes (2 bzw. 3) eine vorgeformte Trenneinrichtung auf den ersten Abschnitt (3 bzw. 2) aufgebracht wird, die eine Trennfuge (15) erzeugt.

7. Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, die einen Topf- und einen Reibringabschnitt aufweist, die so ineinandergreifen, daß in axialer Richtung und in Umfangsrichtung ein Formschluß und in Radialrichtung eine begrenzte Verschiebbarkeit gegeben ist, durch Verbundgießen, insbesondere zur Herstellung einer Bremsscheibe nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Gießen des zweiten Abschnittes (2 bzw. 3) ein flüssiges oder pulverförmiges Trennmittel auf den ersten Ab­ schnitt (3 bzw. 2) aufgebracht wird, das eine Trennfuge (15) erzeugt.

8. Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, die einen Topf- und einen Reibringabschnitt aufweist, die so ineinandergreifen, daß in axialer Richtung und in Umfangsrichtung ein Formschluß und in Radialrichtung eine begrenzte Verschiebbarkeit gegeben ist, durch Verbundgießen, insbesondere zur Herstellung einer Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den ersten Abschnitt (3 bzw. 2) der zweite Abschnitt (2 bzw. 3) unmittelbar in einer Weise angegossen wird, daß der Verbindungsbereich zwischen den beiden Abschnitten (2 bzw. 3) eine redu­ zierte Festigkeit aufweist.

9. Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, die einen Reibring- und einen Topfabschnitt aufweist, die so ineinandergreifen, daß in axialer Richtung und in Umfangsrichtung ein Formschluß und in radialer Richtung eine begrenzte Verschiebbarkeit gege­ ben ist, insbesondere zur Herstellung einer Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. zwischen Topf- und Reibringabschnitt (2 bzw. 3) wenigstens eine stoff­ schlüssige Verbindung angebracht,
• 2. die Bremsscheibe (1) spanend bearbeitet und
• 3. anschließend die Verbindung entfernt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsscheibe (1) durch Verbundgießen hergestellt und dabei die Verbindung in Form eines die beiden Abschnitte (2 bzw. 3) überbrückenden Steges angegossen wird.