DE19919782B4

DE19919782B4 - Scheibenbremse

Info

Publication number: DE19919782B4
Application number: DE19919782A
Authority: DE
Inventors: Michael 85049 Müller; Martin 74229 Roth
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2019-05-01
Also published as: DE19919782A1

Abstract

Scheibenbremse mit einer drehbar gelagerten Bremsscheibe und zumindest einem beiderseits der Bremsscheibe angreifenden Zuspannmittel, wobei die Bremsscheibe (12) in radialer Ausrichtung werkstofftechnisch unterschiedliche Reibflächen (18, 20 bzw. 22, 24) aufweist, deren Reibwertmaxima bei unterschiedlich hohen Temperaturen liegt, und die ersten Reibflächen (18, 20) durch eine Metallscheibe (28a; 50) und die zweiten Reibflächen (22, 24) durch eine höhertemperaturfeste Scheibe gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die höhertemperaturfesten Reibflächen (22, 24) durch ringförmige Scheiben (34, 36) gebildet sind, die auf einen ringförmig abgesetzten Bereich (28b) der Metallscheibe (28) aufgesetzt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei üblichen Scheibenbremsen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, sind die Bremsscheiben zumeist aus hochgekohlten Gußwerkstoffen und ggf. innenbelüftet hergestellt. Die Zuspannmittel sind hydraulisch betätigte Bremssättel, die die Bremsscheiben teilweise außen umgreifen; es wurden aber auch bereits elektromechanisch betätigbare Zuspannmittel vorgeschlagen. Sollen derartige Scheibenbremsen eine hohe Bremsleistung standfest erbringen, so sind sie entsprechend schwer und massiv auszubilden.
Eine gattungsgemäße Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug ist in der DE 197 08 696 A1 beschrieben. Die Scheibenbremse umfasst zwei innerhalb eines Bremssattels angeordnete Reibbeläge die mittels eines auf mindestens einen der Reibbeläge einwirkenden Elektromotors mit einer Bremsscheibe in Eingriff bringbar sind, wobei die Reibbeläge aus einem Werkstoff aus der Gruppe der Kohlenstoffwerkstoffe und/oder aus der Gruppe der Keramikwerkstoffe gefertigt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Scheibenbremse der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die einen guten Kompromiß zwischen hoher Bremsleistung und Standfestigkeit bei günstigem Gewicht darstellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.
Der erfindungsgemäße Vorschlag zielt schlagwortartig auf die Kombination einer herkömmlichen Scheibenbremse (erste Reibflächen), insbesondere in Kraftfahrzeugen, und einer Hochleistungsbremse (zweite Reibflächen), wie. sie im Flugzeugbau oder Rennwagenbau Verwendung finden, bei denen Faserverbundwerkstoffe wie Kohlenstofffasern oder Keramikwerkstoffe als Bremsscheiben und ggf. Bremsbeläge verwendet sind. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die Reibwerte der herkömmlichen Scheibenbremse mit metallischen Bremsscheiben, insbesondere Gußscheiben, im Niedertemperaturbereich hoch sind und deshalb ein gutes Ansprechverhalten ergeben, während die zweiten Reibflächen insbesondere bei extrem hohen Temperaturen noch hohe Reibwerte aufweisen und auch dann noch dementsprechend eine hohe Bremsleistung zur Verfügung stellen (erhöhte Standfestigkeit). Weitere Vorteile sind eine einer herkömmlichen Scheibenbremse ähnliche Konstruktion aufgrund der radialen Ausrichtung der beiden unterschiedlichen Reibflächen, woraus eine fertigungstechnisch und baulich günstige Konstruktion resultiert.
Bevorzugt können somit die einen Reibflächen durch eine Metallscheibe bzw. eine Gußscheibe und die zweiten Reibflächen durch eine höhertemperaturfeste Scheibe, insbesondere eine Carbonscheibe, gebildet sein.
Die unterschiedlichen Reibflächen der Bremsscheibe können entweder durch beiderseitiges Anbringen höhertemperaturfester ringförmiger Scheiben auf eine einteilige Stahlscheibe oder durch Aufschieben einer höhertemperaturfesten ringförmigen Scheibe mit größerem Außendurchmesser auf eine radial innerhalb liegende Stahlscheibe mit geringerem Außendurchmesser bereitgestellt werden.
Dabei ist jedenfalls sicherzustellen, daß ein erforderlicher Formschluß in Umfangsrichtung zur Erzielung einer in sich torsionsstarren Bremsscheibe gebildet ist. Ggf. kann die radial außen liegende höhertemperaturfeste Scheibe axial schwimmend auf der radial innenliegenden Scheibe geführt sein, wobei die Axialsicherung durch die die Bremsscheibe umgreifenden Zuspannmittel bzw. den entsprechenden Bremssattel gebildet sein kann.
Bei einer separaten Ansteuerung der Zuspannmittel für die unterschiedlichen Reibflächen kann eine variable Zuspannung vorgesehen sein, die dem Temperaturspektrum auf der Bremsscheibe Rechnung trägt. So kann bei niedrigeren Temperaturen die gesamte Bremsscheibe durch die Bremsbeläge beaufschlagt werden, während bei sehr hohen Bremsleistungen und entsprechenden hohen Temperaturen die Zuspannung vermehrt auf die höherfesteren Reibflächen verlagert wird. Insbesondere bei einer elektrischen Betätigung der Zuspannmittel ist eine derartige variable Druckbeaufschlagung steuerungstechnisch ohne weiteres verwirklichbar.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in
1 eine Ansicht X der 2 auf eine Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug mit einer Bremsscheibe mit radial übereinander liegenden unterschiedlichen Reibflächen;
2 einen Schnitt durch die Bremsscheibe gemäß 1 entlang der Linie II-II der 1; und
3 abschnittsweise in raumbildlicher Darstellung eine Bremsscheibe mit unterschiedlichen Reibflächen, wobei diese Reibflächen durch radial übereinander liegende Ringteile gebildet sind.
Die 1 und 2 zeigen eine Scheibenbremse 10 für Kraftfahrzeuge, die soweit nicht im Detail beschrieben herkömmlicher Bauart sein kann.
Die Bremsscheibe 12 der Scheibenbremse 10 wird von noch zu beschreibenden Zuspannmitteln 14 oder 16 beaufschlagt.
Die rotationssymetrische Bremsscheibe 12 weist erste ringförmige Reibflächen 18, 20 und zweite ringförmige Reibflächen 22, 24 auf, die werkstofftechnisch unterschiedlich sind und deren Reibwertmaxima bei unterschiedlich hohen Temperaturen liegen.
Die Bremsscheibe 12 besteht dazu aus hochgekohltem Gußwerkstoff und weist ein einer drehbaren Halterung dienendes Nabenteil 26 und ein radial verlaufendes, ringförmiges Scheibenteil 28 auf. Das Scheibenteil 28 bildet an dem radial äußeren Scheibenabschnitt 28a die ersten ringförmigen Reibflächen 18, 20 mit einem Reibwertmaximum bei niedrigeren Temperaturen.
Der radial innen liegende Scheibenabschnitt 28b des Scheibenteiles 28 ist gegenüber den Reibflächen 18, 20 zurückgesetzt, so daß ringförmige Vertiefungen 30, 32 gebildet sind. In diese Vertiefungen sind sogenannte aus Kohlefasern zu einem Verbundwerkstoff hergestellte Carbonscheiben 34, 36 eingesetzt, die die höhertemperaturfesten Reibflächen 22, 24 bilden. Deren Reibwertmaximum liegt bei deutlich höheren Temperaturen als das Reibwertmaximum der Reibflächen 18, 20.
Die Carbonscheiben 34, 36 sind über Außen- und Innenumfangsverzahnungen 38, 40 mit entsprechenden Verzahnungen im Scheibenteil 28 in Eingriff und dementsprechend in Umfangsrichtung formschlüssig gehalten (die Verzahnungen sind im Detail nicht dargestellt); ferner sind nabenseitig Sicherungsringe 42 zur axialen Fixierung der Carbonscheiben 34, 36 vorgesehen. Schließlich können die Carbonscheiben 34, 36 mit hochtemperaturfestem Klebstoff mit dem Scheibenabschnitt 28b verbunden sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist das Scheibenteil 28' der Bremsscheibe 12 aus einem radial innenliegendem Ringteil 50 und einem radial äußeren Ringteil 52 gebildet, die bevorzugt die gleiche Materialstärke aufweisen. Das äußere Ringteil 52 ist aus Carbonwerkstoff hergestellt, während das innenliegende Ringteil 50 wiederum aus Gußstahl besteht und wie in der 2 gezeigt an die Nabe 26 angeformt ist.
Das äußere Ringteil 52 ist axial schwimmend auf das innere Ringteil 50 aufgesetzt, wobei jedoch wellenförmige Vertiefungen 54 und Erhöhungen 56 einen sicheren Formschluß in Umfangsrichtung ergeben.
Das innere Ringteil 50 der Bremsscheibe 12 bzw. des Scheibenteils 28' aus hochgekohltem Gußstahl bildet dementsprechend die nunmehr radial innenliegenden Reibflächen 18, 20 und das radial äußere Ringteil 52 die höhertemperaturfesten Reibflächen 22, 24.
Die vorbeschriebenen Zuspannmittel (14, 16, vgl. 1) können z. B. ein hydraulisch betätigter Bremssattel 14 sein, der über einzelne in Zylinderbohrungen verschiebbare Kolben 60, 62 und 64, 66 Bremsbeläge 68, 70 bzw. 72, 74 beaufschlagt. Der Bremssattel 14 ist dabei in bekannter Weise U-förmig um die Bremsscheibe 12 herum angeordnet und beaufschlagt diese von beiden Seiten her. Dabei wirken die Bremsbeläge 64, 66 auf die Reibflächen 18, 20 der Bremsscheibe 12 und die Bremsbeläge 68, 70 auf die radial inneren höhertemperaturfesten Reibflächen 22, 24. Durch entsprechenden hydraulischen Anschluß an einen oder zwei hydraulische Bremskreise können dementsprechend entweder beide Reibflächenpaare gleichzeitig und/oder eine separate Betätigung bzw. Bremszuspannung erfolgen.
Das Zuspannmittel kann alternativ ein Bremssattel 16 sein, der z. B. mit zwei Kolben 80, 82 auf die inneren Bremsbeläge 84 und mit einem ggf. ovalem Kolben 86 auf die radial äußeren Bremsbeläge 88 wirkt.
Bei relativ kalter Bremsscheibe 12 bzw. bei niedrigeren Temperaturen weisen die Reibflächen 18, 20 werkstoffbedingt einen höheren Reibwert auf und leisten einen größeren Anteil an Bremswirkung als die Reibflächen 22, 24, die einen noch relativ geringen Reibwert besitzen. Mit zunehmender Temperatur der gesamten Bremsscheibe 12 wächst der Reibwert der Reibflächen 22, 24 und somit deren Bremsleistung. Damit ist die Leistung der Scheibenbremse 10 über deren gesamten Temperaturbereich erhöht und das sogenannte Bremsfading bei extrem hoher Bremsbeanspruchung deutlich vermindert.
Bei einer insbesondere elektrisch betätigten Bremszuspannung könnte eine verzögerungs- und temperaturabhängige Regelung der Bremsleistung an den unterschiedlichen Reibflächen 18, 20 bzw. 22, 24 durch entsprechende variable Beaufschlagung der Bremsbeläge verwirklicht sein, die eine gleichmäßige Bremsverzögerung sicherstellt und die ggf. Übertemperaturen an den weniger temperaturfesten Reibflächen 18,20 bzw. den entsprechenden Bauteilen aus Gußstahl durch Zurücknahme deren Bremszuspannung vermeidet.
Es versteht sich, daß die zu verwendenden Bremsbeläge an die jeweiligen Reibpartner bzw. Reibflächen 18, 20 bzw. 22, 24 anzupassen sind, woraus ggf. unterschiedliche Konstruktionen und Werkstoffzusammensetzungen resultieren. Gegebenenfalls können die Ringteile 50, 52 zur Erzielung werkstoffgerechter Anforderungen, z. B. der Festigkeit und/oder dem Verschleißverhalten, auch in unterschiedlichen Scheibenstärken ausgeführt sein.

Claims

Scheibenbremse mit einer drehbar gelagerten Bremsscheibe und zumindest einem beiderseits der Bremsscheibe angreifenden Zuspannmittel, wobei die Bremsscheibe (12) in radialer Ausrichtung werkstofftechnisch unterschiedliche Reibflächen (18, 20 bzw. 22, 24) aufweist, deren Reibwertmaxima bei unterschiedlich hohen Temperaturen liegt, und die ersten Reibflächen (18, 20) durch eine Metallscheibe (28a; 50) und die zweiten Reibflächen (22, 24) durch eine höhertemperaturfeste Scheibe gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die höhertemperaturfesten Reibflächen (22, 24) durch ringförmige Scheiben (34, 36) gebildet sind, die auf einen ringförmig abgesetzten Bereich (28b) der Metallscheibe (28) aufgesetzt sind.
Scheibenbremse nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die höhertemperaturfesten, ringförmigen Scheiben (34, 36) radial innenliegend auf der Metallscheibe (28) angeordnet sind.
Scheibenbremse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, wobei die höhertemperaturfesten Reibflächen (22, 24) auf einem radial außenliegenden und in Umfangsrichtung formschlüssig auf die Metallscheibe (28') aufgesetzten Ringteil (52) ausgebildet sind, und der Formschluß in Umfangsrichtung durch wellenförmige Vertiefungen (54) und Erhöhungen (56) zwischen dem metallischen Ringteil (50) und dem höhertemperaturfesten Ringteil (52) des Scheibenteils (28') hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das höhertemperaturfeste Ringteil (52) axial schwimmend auf dem metallischen Ringteil (50) angeordnet ist.
Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass je rotierendem Reibflächenpaar (18, 20 bzw. 22, 24) separate Bremsbeläge (68, 70, 84 oder 72, 74, 88) vorgesehen sind, die über die Zuspannmittel (14, 16) anpreßbar sind.
Scheibenbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsbeläge über die Zuspannmittel (14, 16) gemeinsam betätigbar sind.
Scheibenbremse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsbeläge über die Zuspannmittel separat betätigbar sind oder die Bremsbeläge über die Zuspannmittel temperatur- und/oder verzögerungsabhängig separat betätigbar sind.
Scheibenbremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen eines oberen Temperaturschwellwertes die Bremsbelag-Zuspannung an den weniger temperaturfesten Reibflächen (18, 20) ganz oder teilweise zurücknehmbar ist.
Scheibenbremsen nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die höhertemperaturfeste Scheibe eine Carbonscheibe (34, 46, 52) ist.