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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.
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Aus der
EP 0 403 799 B1 ist eine Bremsscheibe bekannt, die einen Reibringabschnitt 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 Wärmeausdehnungen in radialer Richtung ausgleichen können. Die Herstellung der bekannten Bremsscheibe erfolgt durch Verbundgießen des Reibringabschnittes auf den vorgefertigten Topfabschnitt.
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Weiterhin beschreibt die
DE 195 05 112 A1 eine Bremsscheibe für eine Scheibenbremse, mit einem topfförmigen Halteteil, das einen Reibring trägt und an einem Fahrzeugrad befestigbar ist, wobei Reibring und Halteteil aus Gussmaterial bestehen und in Drehrichtung formschlüssig miteinander verbunden sind. Dabei ist zwischen Reibring und Halteteil zumindest ein eingegossenes Einlegeteil angeordnet, das eine direkte Berührung zwischen Reibring und Halteteil verhindert und eine geringfügige achsparallele Verschiebung ermöglicht. Reibring und Halteteil bestehen aus Grauguss, das Einlegeteil aus Edelstahl. Reibring und Halteteil sind mit mäanderförmigen Verzahnungen versehen, die unmittelbar über ein mäanderförmiges Metallband als Einlegeteil formschlüssig ineinandergreifen und das Halteteil ist mit axialen Anschlägen versehen, die eine axiale Verschiebung des Reibrings begrenzen. Hergestellt wird die Bremsscheibe mit folgenden Verfahrensschritten: In eine Gießform wird zumindest ein Einlegeteil aus einem hochschmelzenden Material eingelegt, die Gießform wird mit Gussmaterial ausgegossen, wobei das Einlegeteil umgossen wird und die Gießform derart ausgestaltet ist, dass ein einstückiger Bremsscheibenrohling entsteht, bei dem der Reibring und das Halteteil über zumindest einen Brückenabschnitt im Bereich des Einlegeteils einstückig miteinander verbunden sind. In einem Nachbearbeitungsgang wird der Brückenabschnitt zumindest teilweise entfernt, so dass Reibring und Halteteil voneinander getrennt und entlang des Einlegeteils achsparallel gleitend gegeneinander verschiebbar sind.
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In der
DE 44 36 653 A1 ist eine Bremsscheibe für Fahrzeuge im allgemeinen und insbesondere für Fahrzeuge mit erhöhter Leistung beschrieben, mit einer glockenförmigen Nabe und einem mit Belüftungskanälen versehenen Bremsring, dessen Belüftungskanäle zwischen einem inneren Ring und einem äußeren Ring angeordnet sind, wobei die Ringe miteinander über Stege verbunden sind. Der Bremsring weist einen bei der Herstellung der Nabe aus einem Leichtmetalllegierungsguss in der glockenförmigen Nabe versenkbaren Vorsprungsbereich auf.
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Des Weiteren zeigt die
DE 29 06 589 A1 eine Bremsscheibe für Scheibenbremseinrichtungen von Schienenfahrzeugen mit einem Reibflächen aufweisenden, Reibringe tragenden, auf einer Fahrzeugwelle sitzenden Tragkörper, wobei zwischen sich mit Abstand gegenüberliegenden, radial gerichteten Flächen des Tragkörpers und des daran befestigten Reibringes eine Axialverzahnung vorgesehen ist, deren am Tragkörper bzw. am Reibring in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Zähne eine im Wesentlichen radiale Längsrichtung aufweisen und in komplementäre Nuten am Reibring bzw. Tragkörper eingreifen. In der Axialverzahnung liegen nur die Seitenflanken der Zähne an den Seitenflanken der Nuten an und die Zähne sind als Führungsleisten mit im Verlauf ihrer ganzen, radialen Länge gleichbleibendem, trapezförmigem Querschnitt ausgebildet, wobei wenigstens eine Seitenflanke der Führungsleisten zur Radialebene geneigt verläuft und die Basisbreite der Führungsleisten grösser als die Breite ihrer Deckfläche ist, und der Reibring und der Tragkörper in Eingriffsrichtung der Axialverzahnung elastisch gegeneinander verspannt sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein vorteilhaftes Verfahren für die Herstellung von Bremsscheiben anzugeben und die bekannten Bremsscheiben weiterzubilden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.
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Gemäß Anspruch 1 kann in an sich bekannter Weise durch Verbundgießen die Trennung der beiden Abschnitte dadurch erreicht werden, daß vordem Gießen eine entsprechend der gewünschten Trennfuge gestaltete Trenneinrichtung auf den vorgefertigten 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 Keramik oder einem Vlies aus Glas-, Karbon- oder Keramikfaser.
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Dagegen wird nach Anspruch 2 durch wenigstens eine Verbindung zwischen Topf- und Reibringabschnitt eine spanende Bearbeitung der Bremsscheibe ohne zusätzliche Fixierungsmaßnahmen ermöglicht, da durch die Verbindungen Relativbewegungen zwischen den beiden Abschnitten ausgeschlossen werden. Nach erfolgter Bearbeitung werden die Verbindungen entfernt, so daß die Bremsscheibe die erfindungsgemäße Freigängigkeit in radialer Richtung erhält. Die Verbindungen werden bei der Herstellung der Bremsscheibe im Verbundguß direkt angegossen.
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Bei einer Bremsscheibe, hergestellt nach einem der beiden Verfahren aus Anspruch 1 oder 2, kann in Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 anstelle der wechselseitigen ”Verzahnung” von Stegen und Tragring, der Fußabschnitt eines der beiden Reibringe verbreitert und mit Ausnehmungen für entsprechende Erhebungen am Topfabschnitt versehen werden.
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Gleichwirkend besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, die Erhebungen am Reibring und die Ausnehmungen am Topfabschnitt anzubringen, wozu der Topfabschnitt im Anbindungsbereich eine entsprechende Wandstärke aufweisen muß. Dadurch wird eine verbesserte Kühlung des Reibringabschnittes erreicht, da im Unterschied zu der aus der
EP 0 403 799 B1 bekannten Bremsscheibe alle Kühlluftkanäle zwischen den beiden Reibringen für einen ungehinderten Kühlluftdurchsatz frei sind.
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Bei der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 erfolgt die Fixierung des Reibringabschnitts gegenüber dem Topfabschnitt nur in einer Axialrichtung durch einen festen Anschlag (oder eine Mehrzahl von Anschlägen). Topf und Reibringabschnitt werden durch ein Federelement zur Anlage an diesem Anschlag gebracht. Die in Anspruch 4 beschriebene Anordnung von Anschlag und Federelement an Reibring- bzw. Topfabschnitt kann ohne Änderung der Funktion auch vertauscht sein.
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Durch die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 wird die Herstellung der Bremsscheibe erleichtert, da Topf- und Reibringabschnitt getrennt hergestellt, einzeln bearbeitet und nachfolgend zusammengesetzt werden können.
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In weiteren Ausbildungen der Erfindung können zwischen den beiden Abschnitten der Bremsscheibe definierte Verbindungsstellen mit geringer Tragfähigkeit in radialer Richtung vorgesehen sein, die im Sinn von Sollbruchstellen bei einer thermomechanischen Beanspruchung 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.
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Es kann ein Verfahren zur Herstellung einer in einem Gießvorgang gegossenen Bremsscheibe mit schwimmender Reibringanbindung zur Anwendung kommen. Die Trennfuge wird durch einen Kern gebildet.
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Für den Verbundguß ist auch die Verwendung eines Trennmittels möglich, um eine stoffschlüssige Verbindung des jeweils anderen Abschnittes mit dem vorgefertigten Abschnitt zu verhindern. Durch die Verwendung eines Trennmittels kann eine vergleichsweise kleine Trennfuge („Mikrofuge”) erreicht werden. Als Trennmittel kommen z. B. Kernschlichte, Graphitpulver, flüssige Trennmittel etc. in Frage.
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Bei entsprechender Auswahl des Gußwerkstoffes kann der jeweils andere Abschnitt auch unmittelbar an den vorgefertigen Abschnitt angegossen werden. Durch eine gezielte Gefügeumwandelung werden hierbei Bereiche mit deutlich reduzierter Festigkeit erzeugt, die Sollbruchstellen darstellen, die bei der ersten ausreichend hohen thermomechanischen Belastung aufgetrennt werden. Hierdurch entsteht eine ”Mikrofuge”, im Unterschied zu den unter Anspruch 1 beschriebenen ”Makrofugen”, die durch Einlegen eines Kerns oder einer Trenneinrichtung gebildet werden. Durch das kleine Spaltmaß der Mikrofuge reduzieren sich mögliche Geräusche bei Lastwechseln in Umfangsrichtung der Bremsscheibe.
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Beim Verbundguß mit unterschiedlichen Materialien für Reibring und Topf wird das Gußmaterial mit der niedrigeren Schmelztemperatur an einen vorgefertigten Abschnitt aus einem Material mit höherer Schmelztemperatur angegossen.
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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 Ausdehnungskoeffizienten die Ausnehmungen trägt. Hierdurch wird ein Verklemmen der beiden Abschnitte bei temperaturbedingter Ausdehnung zuverlässig vermieden. Beispielsweise kann an einen Reibring aus Grauguß ein Topfabschnitt aus Aluminium angegossen werden. Ebenso ist eine Kombination zwischen einem Topfabschnitt aus Aluminium oder Stahl und einem Reibringabschnitt aus Karbon möglich.
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Zwei mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäße Bremsscheibe, in teilweiser Schnittdarstellung,
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2 eine vergrößerte Schnittdarstellung entsprechend der Schnittverlaufslinie II-II in 1,
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3 eine vergrößerte Schnittdarstellung entsprechend der Schnittverlaufslinie III-III in 1 und
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäße Bremsscheibe im Schnitt.
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Die 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 miteinander verbunden und bilden zwischen sich Kühlluftkanäle 7 für die Bremsscheibe 1 aus.
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Erfindungsgemäß sind an der Außenseite des Topfabschnittes 2 Erhebungen in Form von Zapfen 8 vorgesehen, die in taschenförmige Ausnehmungen 9 des verbreiterten 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 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 versehen sein müssen. Anschläge 13 und 14 in Umfangsrichtung verhindern ein Verdrehen 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.
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Zwischen den einzelnen Zapfen 8 und Taschen 9 sind fensterartige Öffnungen 16 vorgesehen, durch die die Belüftung der Bremsscheibe 1 verbessert wird. Gleichzeitig wird durch die Öffnungen 16 eine Gewichtsreduzierung der Bremsscheibe 1 erreicht.
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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 einseitige 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 Seitenwände zur axialen Führung mehr erforderlich, da die beiderseitigen Schrägflächen diese Aufgabe vollständig übernehmen.
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Die Bremsscheibe 1 gemäß 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. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel der 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 4 ist die Axialfläche 25 beispielsweise gegenüberliegend einer Kontaktfläche 27a an den Anschlägen 20 vorgesehen.
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Die Befestigung des Federelementes 21 kann abweichend von der Darstellung der 4 auch durch diskrete Verbindungselemente oder eine stoffschlüssige Verbindung erfolgen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Federelement 21 einstückig ringförmig ausgebildet; es kann jedoch auch von mehreren einzelnen Elementen gebildet werden.
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Durch die Vorspannung des Federabschnittes 24 in axialer Richtung wird der Reibringabschnitt 3 mit den Flächen 27a seiner Anschläge 20 gegen Kontaktflächen 27b an den Zapfen 8 gedrückt, so daß das in 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 Reibringabschnitts 3 gegenüber dem Topfabschnitt 2 ausreichend, eine entsprechende axiale Überdeckung zwischen Topf- und Reibringabschnitt 2 bzw. 3 vorausgesetzt. Erfindungsgemäß wird in radialer Richtung ein Ausgleich von unterschiedlichen thermisch bedingten Ausdehnungen von Topf- und Reibringabschnitt 2 bzw. 3 durch einen Spalt 15 ermöglicht.
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Die durch das Federelement 21 erzeugte Vorspannung in axialer Richtung bewirkt auch einen zusätzlichen Reibschluß in Umfangsrichtung, so daß spielbedingte Geräusche im Betrieb der Bremsscheibe 1 vermieden oder aufgrund der Reibungsdämpfung 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 insbesondere in Umfangsrichtung eventuell vorhandenes Spiel ausgleicht und damit Geräusche wirksam unterbindet.
