DE2201885A1 - Bremsscheibe fuer scheibenbremsanlagen in kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

• Bremsscheibe ttlr Scheibenbremsanlagen in Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsscheibe fUr Scheibenbremsanlagen in Kraftfahrzeugen, die einen Topf und eine an diesem durch Vermittlung eines Klemmringes über Schrauben befestigte Ringscheibe umfaßt, wobei die einen Reibring bildende Ringscheibe im Bereich ihres Innenumfanges an einer am Topfrand ausgebildeten Anlagefläche anliegt und über axial aus der Anlagefläche vorspringende Nasen des Topfes und diese umgreifende, radiale Ausnehmungen an ihrem Innenumfang formrchlüssig mit dem Topf verbunden ist.
• Mit zunehmendem Fahrzeuggewicht und höheren Fahrgeschwindigkeiten treten bei Kraftfahrzeugen größere Belastungen der Bremsanlage auf, die infolge der meist vorgegebenen Gesamtkonzeption des Fahrzeuges nicht durch eine beliebige Vergrößerung der Bremsen aufgefangen werden können. Es ist daher Zweck der Erfindung, die reibchlüssig zusammenwirkenden Teile von Teilbelagscheibenbremsen für Kraftfahrzeuge und hier insbesondere die Brem scheibe im Hinblick auf eine höhere mechanische und thermische Standfestigkeit zu verbessern.
• Zu diesem Zweck sind für Kraftfahrzeuge bereit Bremsscheibenbekannt geworden, deren Reibflächen von innen her mittels frischluftdurchtrömter, radial gerichteter Kühlluftkanäle gekühlt sind. Eine bekannte Bauart derartiger Bremsscheiben sieht eine mehrteilige Ausbildung der Bremsscheibe vor, wobei der von radial gerichteten Kühlluftkanälen durchsetzte Reibring'mittels eines Klemmringes und über Schrauben mit einem Topf verbunden ist. Der Reibring weist hierbei einen gegenüber seinen Reibflächen abgesetzten Befestigungsflansch auf, in dem radial gerichtete Ausnehmungen vorgesehen sind, in welche axial aus der dem Befestigungsflansch des Reibringes zugeordneten Anlagefläche am Topfrand vorspringende Nasen eingreifen, derart, daß zusätzlich eine formschlüssige Verbindung zwischen Topf und Reibring besteht, die die sichere Ubertragung von Drehmomenten gewährleistet. Der Befestigungsflansch des Reibringes und die an den Topf angeformten Nasen sind vom Klemmring übergriffen, welcher mittels in entsprechende Gewindebohrungen in den Nasen des Topfes eingreifende Schraubenbolzen mit dem Topf verbunden ist (The Autocar" vom 20.8.70, Seite all). Das Durchleiten von Kühlluft durch den Reibring einer Bremsscheibe ermöglicht zwar innerhalb gewisser Grenzen eine fortlaufende Abfuhr eines Teiles der beim Bremsen entstehenden Reibungswärme, jedoch ist es auf diese Weise selbst dann nicht möglich, einen Wärmestau zu verhindern, wenn die Kühlluftzufuhr durch ein Gebläse oder dergleichen erfolgt. Bei großen Bremsleistungen, beispielsweise beim raschen Abbremsen eines verhältnismäßig schweren Fahrzeuges aus einer hohen Geschwindigkeit entsteht eine so große Wärmemenge, daß trotz Abführung einer Teilmenge der Wärme noch ein sehr erheblicher Temperaturan,tieg ih der Bremsscheibe auftritt, wodurch bekanntlich eine Verringerung des Reibungskoeffizienten einerseits und eine Vergrößerung des mechanischen Verschleißes der Bremsbeläge andererseits und damit mindestens ein Absinken der Bremsleistung während des Bremtvorganges (sog. Fading) verursacht wird.
• Der mechanische Verschleiß infolge überhöhter Temperatur der Bremsscheibe wirkt sich bei Kraftfahrzeugen in einer wesentlich kürzeren Lebenserwartung der Bremsbeläge aus. Bemühungen, dieses Problem durch Verwendung besonderer hochhitzebeständiger Werkstoffe, insbesondere von Kohlenstoff, für die Reibteile von Scheibenbremsen zu lösen, sind bisher an der Tatsache gescheitert, daß insbesondere Kohlenstoff eine unzureichende Zug- und Scherfestigkeit besitzt. In jüngerer Zeit ist für eine als Lamellenbremse ausgebildete Flugzeugbremse eine mit einem aus Kohlenstoff und Kohlenstoffasermaterial, einem sog. verstärkten Kohlenstoff, bestehenden Reibteil versehene Bremsscheibe bekannt geworden, bei der das ringförmig ausgebildete Reibteil von einem Metallring unter Spannung derart umfaßt ist, daß es mindestens dann unter einem radialen, vom umgebenden Metallring aufzubringenden Kompressionsdruck steht, wenn die Bremsscheibe belastet ist (DT-OS 1 931 969).
• Diese Bauart einer Bremsscheibe ist ausschließlich für Lamellenbremsen anwendbar, die jedoch insbesondere für kleinere Fahrzeuge, beispielsweise Personenkraftwagen, teils wegen der ungünstigen Einbauverhältnisse und teils aus preislichen Gründen nicht in Frage kommen. Aus einer Notiz in der Zeitschrift "Wehr und Wirtschaft" 3/1971 auf Seite 133 ist für Flugzeugscheibenbremsen weiterhin die Anwendung kunststoffbeschichteter Reibscheiben aus Kohlenstoff-Fasermaterial bekannt.
• Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, unter Berücksichtigung von bisher im Bremsenbau gesammelten Erfahrungen und unter Vermeidung der oben genannten Nachteile eine für den Einsatz in Kraftfahrzeugbremsanlagen geeignete, hochbelastbare Bremsscheibe mit einem aus Kohlenstoff oder verstärktem Kohlenstoff gebildeten Reibteil zu schaffen und dadurch die hervorragenden mechanischen und thermischen Eigenschaften des Kohlenstoffes und inbesondere verstärkter Kohlenstoffkörper für die weitere Verbesserung der Betriebssicherheit von Kraftfahrzeugen nutzbar zu machen, Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine unter Verwendung folgender Merkmale gestaltete Bremsscheibenkonstruktion gelöst: 1. Topf und Klemmring sind in bekannter Weise jeweils einteilig aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, wobei der Topf aus Stahl oder insbesondere aus einem leichten metallischen Werkstoff, wie Titan, Aluminium oder Magnesium, der Klemmring dagegen aus einem hochfesten metallischen Werkstoff, wie Titan oder Stahl, besteht; 2. Die einen Reibring bildende Ringscheibe ist aus einem nichtmetallischen Verbundwerkstoff, insbesondere Kohlenstoff und Kohlenstoffasern oder mit Kunststoff beschichtetem Kohlenstoffasermaterial gebildet; 3. Topf und Reibring stehen miteinander in kraft schlüssiger Verbindung; 4. Topf und Reibring befinden sich zusätzlich miteinander im formschlüssigen Eingriff; 5. Am Topfrand sind in an sich bekannter Weise in axialer Richtung aus der Ebene der Anlagefläche für den Reibring vorspringende Nasen oder dergleichen angeformt, die am Innenumfang des Reibringes angeordnete, radial gerichtete Ausnehmungen durchgreifen.
• In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist der Reibring im Bereich seines Innenumfanges einen abgesetzten Befestigungsflansch auf, wobei die Länge der am Topfrand angeformten Nasen oder dergleichen der Materialdicke des Befestigungsflansches des Reibringes entl-pricht oder geringfügig kürzer ist. Der Klemmring weist nach der Erfindung einen etwa Z-förmigen Profilquerschnitt auf und übergreift mit seinem einen Profrlflãnsch den Befestigungsflansch des Reibringes und die an den Topf angeformten Nasen oder dergleichen, während er mit seinem anderen Profilflansch an einer in Verlängerung der Anlagefläche für den Reibring am Topfrand ausgebildeten Ringfläche anliegt.
• Ein weiteres Merkmal der Erfindung wird noch darin gesehen, daß die Verschraubung zwischen Topf und Klemmring den am Topfrand anliegenden Profilflansch des Klemmringes durchsetzt und die zur Verschraubung dienenden Schraubenbolzen zu den am Topfrand ausgebildeten Nasen oder dergleichen auf Lücke stehend angeordnet sind.
• Eine entsprechend der Merkmalskombination der Erfindung gestaltete Bremsscheibe ist für die Verwendung in Kraftfahrzeugbremsanlagen bestens geeignet, da sie sich in ihrer Formgebung von den derzeit gebräuchlichen Bremsscheiben aus Metall praktisch nicht unterscheidet und somit den gegebenen Einbau- -bedingungen gerecht wird. Andererseits vereinigt disBEemsscheibe nach der Erfindung neben dem Vorzug eines verhältnismäßig geringen Gewichtes insbesondere die Vorteile sehr hoher mechanischer und thermischer Dauerstandfestigkeit, wodadurch bei großen Bremsleistungen einerseits der rein mechanische Verschleiß gering gehalten und andererseits ein durch einen Wärmestau in der Bremsscheibe bedingtes Absinken des Reibungskoeffizienten und damit ein Nachlassen der Bremsleistung während eines Bremsvorganges (sog. Fading) vermieden werden. Diese Eigenschaften der Bremsscheibe nach der Erfindung werden vorwiegend durch die extreme Wärmefestigkeit und die sehr gute Wärmeleitfähigkeit von Kohlenstoffen erreicht, während die rein konstruktiven Merkmale der Erfindung die Anwendung aus Kohlenstoff und Kohlenstoffasern bestehender Reibringe bei Bremsscheiben für Kraftfahrzeugbremsanlagen, und zwar insbesondere solcher für den Einbau in kleinere Fahrzeuge, wie Personenkraftwagen, ermöglichen. Dabei besteht ein wesentliches Merkmal der Erfindung in der kraft- und rormschltaslgen Verbindung zwischen Topf und Reibring, die di Überleitung von Drehmomenten auch in Anbetracht der geringen Zug- und Scherfestigkeit von Kohlenstoffen und verstärksten Kohlenstoffen im ausreichenden Maße und ohne Gefahr einer örtlichen Überbeanspruchung des Reibringes gewährleistet.
• Die'Erfindung ist in der nachfolgenden Beispielsbeschreibung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen beschrieben. In der Zeichnung zeigt die 1Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Bremsscheibe für eine Kraftfahrzeugbremsanlage; Fig. 2 einen Schnitt durch eine fertig montierte Bremsscheibe entlang der Linie II-II in Fig. 1.
• An einem Topf 1 ist mittels eines Klemmringes 2 ein Reibring 3 mittels Schrauben 4 befestigt. Im Boden des Topfes 1 ist eine zentrische Ausnehmung 5 für den Durchtritt eines in der Zeichnung nicht näher dargestellten Achsschenkels und ein Lochkreis 6 zur Befestigung einer in der Zeichnung ebeñrarls nicht näher dargestellten Radfelge ausgespart. Der Topfrand 7 weist eine im wesentlichen ebene, ringförmige Anlagefläche 8 auf, an welcher ein am Reibring 3 durch eine Absetzung ausgebildeter Befestigungsflansch 9 zur Anlage kommt. Aus der Ebene der Anlagefläche 8 springen in bezug auf den Topf 1 in axialer Richtung Nasen oder dergleichen 10 vor, die bei montierter Bremsscheibe entlang des Innenumfanges des Befestigungsflansches 9 angeordnete, radial gerichtete Ausnehmungen 11 durchsetzen. Die Ausnehmungen 11 sind als gegen die Achse des Reibringes 3 zu offene Schlitze gestaltet und umgreifen die Nasen oder dergleichen 10 in radialer Richtung0 Der Reibring 3 besteht aus einem Verbundwerkstoff, insbesondere Kohlenstoff und Kohlenstoffasern oder einem kunststoffbeschichteten Kohlenstoffasermaterial, einem sog. verstärkten Kohlenstoffkörper und weist im Bereich seiner Reibflächen 12 etwa die doppelte Materialstärke des Befestigungsflansches 9 auf, wobei letzterer durch eine einseitige Absetzung des Reibringes 3 gebildet ist. Der Klemmring 2 weist einen etwa Z-förmigen Profilquerschnitt auf und übergreift mit seinem einen Profilflanschl4 den Befestigungsflansch 9 des Reibringes 3 und die Nasen oder dergleichen 10 des Topfes 1, während er mit seinem anderen Profilflansch 13 an einer in Verlängerung der Anlagefläche 8 für den Befestigungsflansch 9 des Reibringes 3 am Topfrand 7 ausgebildeten Ringfläche 16 anliegt. Die die Verschraubung zwischen Topf 1 und Reibring 3 bildenden Schrauben 4 greifen in in die Topfwandung 15 eingelassene Gewindebohrungen 17 ein und sind zu den Nasen oder dergleichen 10 auf Lücke stehend angeordnet. Die Höhe des Profilsteges 18 des Klemmringes 2 entspricht der Materialdicke des Befestigungsflansches 9 des Reibringes 3.
• Die Nasen oder dergleichen 10 haben die gleiche Abmessung oder sind geringfügig niedriger. Die Nasen oder dergleichen 10 und die Ausnehmungen 11 im Befestigungsflansch 9 sind einander entsprechend ausgebildet, wobei die Nasen oder dergleichen 10 in radialer Richtung gerundet oder gewölbt sind.
• Kohlenstoffe, wie auch das für die Herstellung des Reibringes 3 bevorzugte Kohlenstoffasermaterial, besitzen zwar eine sehr gute Abriebfestigkeit und Wärmestandfähigkeit, jedoch nur eine sehr unzureichende Zug- und Scherfestigkeit, so daß sie sich für die Verwendung für einen nur einseitig eingespannten und mit hohen Drehmomentkräften beaufschlagten Reibring 3 einer Bremsscheibe an sich zunächst weniger gut eignen. Durch die erfindungsgemäße Anwendung einer gleichzeitigen kraftschlüssigen und einer formschlüssigen Verbindung zwischen Reibring 3 und Topf 1 wird jedoch jede örtliche Überbeanspruchung des Reibringes 3 vermieden. Während die formschlüssige Verbindung zwischen Reibring 3 und Topf 1 über die Nasen oder dergleichen 10 gesichert rist, kommt die kraftschlüssige Verbindung beider Teile über den unmittelbar auf den Topfrand 7 des Topfes 1 aufzuschraubenden Klemmring 2 zustande.

Claims (4)

Schutzrecht sansprüche

1. Bremsscheibe für Scheibenbremsanlagen in Kraftfahrzeun le einen Topf und eine an diesem durch Vermittlung eines Klemmringes Uber Schrauben befestigte Ringscheibe umfaßt, wobei die einen Reibring bildende Ringscheibe im Bereich ihres Innenumfanges an einer am Topfrand ausgebildeten Anlagefläche anliegt und über axial aus der Anlagefläche vorspringende Nasen des Topfes sowie diese umgreifende, radiale Ausnehmungen an ihrem Innenumfang formschlüssig mit dem Topf verbunden ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) Topf und Klemmring (2) sind in an sich bekannter Weise jeweils einteilig aus einem metallischen Werkstorf hergestellt, wobei der Topf (1) aus Stahl oder insbesondere aus einem leichten metallischen Werkstoff, wie Titan, Aluminium oder Magensium, der Klemmring (2) dagegen aus einem hochfesten metallischen Werkstoff, wie Stahl oder Titan, besteht; b) Die einen Reibring (3) bildende Ringscheibe ist aus einem nichtmetallischen Verbundwerkstoff, insbesondere Kohlenstoff und Kohlenstoffasern oder mit kunststoffbeschichtetem Kohlenstoffasermaterial gebildet; c) Topf (1) und Reibring (3) stehen miteinander in kraftschlüssiger Verbindung; d) Topf (1) und Reibring (3) befinden sich zusätzlich miteinander in formschlüssiger Verbindung; e) Am Topfrand (7) sind in an sich bekannter Weise in axialer Richtung aus der Ebene der Anlagefläche (8) für den Reibring (5) vorspringende Nasen oder dergleichen (10) angeformt, die am Innenumfang des Reibringes (3) angeordnete, radial gerichtete Ausnehmungen (11) durchgreifen.

2. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibring (3) entlang seines Innenumfanges einen abgesetzten Befestigungsflansch (9) aufweist und die Länge der am Topfrand (7) angeformten Nasen (10) oder dergleichen gleich oder geringfügig kürzer als die Materialdicke des Befestigungsflansches (9) des Reibringes (5) ist.

3. Bremsscheibe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmring (2) einen etwa Z-fUrmigen Profilquerschnitt aufweist und mit seinem einen Profilflansch (14) den Befestigungsflansch (9) des Reibringes (3) sowie die Nasen oder dergleichen (10) übergreift, während er mit seinem anderen Profilflansch (lj) an einer in Verlängerung der Anlagefläche (8) für den Reibring (3) am Topfrand (7) ausgebildeten Ringfläche (16) anliegt.

4. Bremsscheibe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschraubung (4) zwischen Topf (1) und Klemmring (2) den am Topfrand (7) anliegenden Profilflansch (1) des Klemmringes (2) durchsetzt und die zur Verschraubung dienenden Schrauben (4) zu den Nasen oder dergleichen (10) auf Lücke stehend angeordnet sind. Leerseite