DE10032662C1

DE10032662C1 - Bremsscheibe

Info

Publication number: DE10032662C1
Application number: DE2000132662
Authority: DE
Inventors: Martin Lesch
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Brembo SpA
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2002-05-08
Anticipated expiration: 2020-07-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe mit einem topfförmigen Halteteil, das an einem Reibring angegossen wird. Reibring und Halteteil sind in Drehrichtung formschlüssig miteinander über eine Keilwellenverbindung verbunden. Eine Fixierung in axialer Richtung erfolgt über Stifte, die durch Bohrungen vom Reibring in das Halteteil reichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bremsscheiben für Scheibenbremsen bestehen in der Regel aus einem topfförmigen Halteteil und einem Reibring, wobei in der herkömmlichen Ausgestaltung einer Bremsscheibe die genannten Teilbereiche in einem Teil gegossen sind. Dies hat produktionstechnische Vorteile, bauartbedingt führt diese Anordnung jedoch durch die spezifische Belastung während des Bremsvorganges zu einer Schirmung des Reibrings vom Topf. Hieraus resultieren. Geräusche, die als "Rubbeln" der Bremse wahrgenommen werden.

Zur Vermeidung diese Problems hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, das topfförmige Halteteil und den Reibring zweiteilig auszuführen. Hierbei ist darauf zu achten, daß die Verbindung dieser Teile eine den Anforderungen angemessene Relativbewegung zuläßt.

Aus der DE 195 05 112 A1 ist eine Bremsscheibe bekannt, die dieses Problem löst. Hierzu wird in eine Gießform, in der Halteteil und Reibring hergestellt werden, ein Metallband aus Edelstahl eingelegt, das von einem Gußeisen umgossen wird. Dieses Metallband verhindert ein lokales Verschmelzen des Gießmetalls zwischen Halteteil und Reibring. Nach einer geeigneten Bearbeitung bildet sich entlang des Metallbandes zwischen Halteteil und Reibring ein Spalt, der die Entkopplung zwischen Halteteil und Reibring gewährleistet. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß für Halteteil und Reibring lediglich ein Gußmaterial mit einer Qualität verwendet werden kann.

Durch Verbundguss hergestellte Bremsscheiben ebenfalls aus Gußeisen werden in dem japanischen Patent Abstract JP 611 49 625 A dargestellt, wobei Reibring und Halteteil durch Zapfen, Bolzen oder Stifte gesichert werden.

Es ist jedoch insbesondere bei Hochleistungsbremsen häufig notwendig, das Halteteil und den Reibring in unterschiedlichen Materialien auszugestalten, die jeweils die hohen Anforderungen an diese Bauteilbereiche jederzeit erfüllen. Hierbei ist besonders die Verschleißbeständigkeit des Reibrings und die Zähigkeit des Halteteils unter Berücksichtigung eines Leichtbaukonzeptes von Bedeutung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine zweiteilige Bremsscheibe darzustellen, die einer Geräuschentwicklung während des Bremsens entgegenwirkt und die Möglichkeit bietet, ein Halteteil und einen Reibring in verschiedenen Materialien darzustellen, die durch ihre Materialeigenschaften den unterschiedlichen Anforderungen des Halteteils und des Reibrings in optimaler Weise gerecht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Bremsscheibe besteht aus einem topfförmigen Halteteil und einem Reibring, die formschlüssig über eine Keilwellenverbindung miteinander verbunden sind. Die formschlüssige Verbindung wird über das Angießen des Halteteils an den Reibring erzielt. Die Keilwellenverbindung von Reibring und Halteteil sorgt für eine Kraftübertragung in Rotationsrichtung. Ferner wird ein axiales Verschieben zwischen Reibring und Halteteil durch Stifte verhindert, die in radialer Richtung vom Reibring in das Halteteil reichen. Die Stifte sind einer Scherbelastung ausgesetzt und vermindern somit zusätzlich die Flächenpressung, die auf die Keilwellenverbindung wirkt. Dies ist besonders bei harten und spröden Reibringmaterialien von Vorteil. Der Reibring kann so durch jedes geeignete Material dargestellt werden, das eine höhere Temperaturbeständigkeit als das Metall aufweist, durch das das Halteteil dargestellt ist. Hieraus ergeben sich eine Vielzahl von Materialkombinationen, durch die das Anforderungsprofil an die Bremsscheibe in optimaler Weise erfüllt werden kann.

Die Schrumpfung des Halteteils sorgt während des Erstarrens für einen Spalt zwischen Halteteil und Reibring, der die genannte vorteilhafte Entkopplung dieser Bauteilbereiche gewährleistet. Durch die Keilwellenverbindung wird trotz des Spaltes die Bremskraft vom Reibring auf das Halteteil übertragen.

Die Stifte, die den Reibring und das Halteteil in axiale Richtung sichern, werden zweckmäßigerweise vor dem Angießen des Halteteils am Reibring so angebracht, daß sie sich zu 30% -70% ihrer Länge in Bohrungen des Reibrings befinden. Anschließend werden sie vom Material des Halteteils umgossen. Während des Erstarrens des Halteteils bildet sich ein Spalt zwischen dem Halteteil und den Stiften aus, der eine Entkopplung von Halteteil und Reibring gewährleistet, was sich positiv auf das Geräuschniveau auswirkt. Es ist dennoch möglich, die Stifte nach dem Angießen des Halteteils anzubringen, was jedoch durch die benötigten Bohrungen im Halteteil einen erhöhten Fertigungsaufwand bedeutet. Zur Erzielung einer besonders hohen Verschleißbeständigkeit des Reibrings in Kombination mit einer möglichst hohen Duktilität, ist es sinnvoll den Reibring durch einen Verbundwerkstoff auszugestalten.

Diese beiden Kriterien werden in besonderer Weise durch kohlenstofffaserverstärkte Siliziumkarbid-Verbundwerkstoffe erzielt (Anspruch 2). Unter besonderer Berücksichtigung der Materialkosten sind Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe, oder Verbundwerkstoffe, die aus intermetallischen Phasen und Keramik bestehen, besonders geeignet. Diese Materialien können im Druckgußverfahren dargestellt werden und sind deshalb prozeßtechnisch besonders kostengünstig und weisen zudem eine hohe Verschleißbeständigkeit auf (Anspruch 3).

Das Halteteil wird durch ein gießbares Material ausgestaltet. Hierfür bietet sich Grauguß ganz besonders an, da dieses Material eine hohe Festigkeit aufweist und kostengünstig herzustellen ist (Anspruch 4). Ein Halteteil aus Aluminium ist ebenfalls kostengünstig und aufgrund seines geringen spezifischen Gewichtes besonders für Leichtbau-Bremsscheiben geeignet (Anspruch 5).

Aufgrund seiner hohen spezifischen Festigkeit und der guten Korrosionbeständigkeit ist Edelstahl ein besonders geeignetes Material für die Stifte. Unter bestimmten Konstruktionsbedingungen kann jedoch ein weicheres Metall wie Kupfer oder eine Kupferlegierung geeignet sein. In diesem Zusammenhang sind Stifte mit einem Edelstahlkern und einer Kupferummantelung besonders sinnvoll (Anspruch 6).

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine horizontale Querschnittzeichnung durch eine Bremsscheibe im Bereich eines Reibrings,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Details III in Fig. 2

In Fig. 1 ist ein horizontaler Querschnitt durch einen Reibring 3 und ein Halteteil 2 gezeigt. Zu erkennen ist eine Keilwellenverbindung zwischen dem Reibring 3 und dem Halteteil 2, sowie Bohrungen 6 im Reibring 3, sowie Stifte 5, die vom Reibring 3 ins Halteteil 2 reichen. Die Keilwellenverbindung ist so ausgestaltet, daß sich im Reibring 3 und im Halteteil 2 Keile 8, 9 und Nuten 11, 12 abwechseln, diese ineinandergreifen und die formschlüssige Verbindung gewährleisten. Für eine optimale Momentenübertragung zwischen Halteteil 2 und Reibring 3 beträgt die Anzahl der Keile 8, 9 und Nuten 11, 12 zwischen sechs und zehn.

Fig. 2 stellt eine Querschnittszeichnung entlang des Schnittes II-II in Fig. 1 dar. Hier ist das topfförmige Halteteil 2 und ein vertikaler Querschnitt des Reibrings 3 zu erkennen. Die linke Teilansicht zeigt einen Keil des Reibrings 8, der sich in einer Nut 12 des Halteteils 2 befindet, umgekehrt zeigt die rechte Seite der Fig. 2 einen Keil 9 im Halteteil 2, der in eine Nut 11 im Reibring 3 gefügt ist. Die Bohrungen 6, in denen die Stifte 5 befestigt sind, liegen für eine optimale Momenten übertragung stets im Bereich eines Keiles 9 im Halteteil 2. Der Übergang vom Reibring 3 zum Halteteil 2 ist in der Detailzeich nung der Fig. 3 vergrößert dargestellt. Hier ist zu erkennen, daß sich zwischen dem Halteteil 2 und den Stiften 5 ein gering fügiger Spalt 10 befindet, im Reibring hingegen sind die Stifte 5 paßgenau eingesetzt. Ferner befindet sich zwischen dem Rei bring 3 und dem Halteteil 2 ein Spalt 7, der eine mechanische Entkopplung zwischen dem Reibring 3 und dem Halteteil 2 be wirkt. Diese mechanische Entkopplung bewirkt eine Verringerung des "Rubbelns" der Bremse bei einer hohen mechanischen Bela stung. Die Kraftübertragung zwischen dem Reibring 3 und dem Halteteil 2 während des Bremsvorgangs erfolgt sowohl über die Keilwellenverbindung als auch über die Stifte 5. Auf die Stifte 5, die aus Edelstahl bestehen, wirken Scherkräfte, hierdurch wird die Keilwellenverbindung, die durch eine Flächenpressung belastet ist, entlastet. Im weiteren bewirken die Stifte 5 eine Sicherung zwischen Reibring 3 und Halteteil 2 in axialer Rich tung.

Die Fertigung einer Bremsscheibe nach den Fig. 1-3 wird in den folgenden Beispielen beschrieben.

Beispiel 1

In einen Rohling des Reibrings 3, der aus einem kohlenstoffa serverstärkten Siliziumkarbidwerkstoff besteht, werden in die Verlängerung der Bohrungen 6 Stifte 5 aus Edelstahl zu 50% ih rer Länge eingepreßt. Der Reibring 3 wird in eine Gießform ge legt, die eine Kavität in Form der gewünschten Bremsscheiben geometrie aufweist. Der Reibring weist ein Keilnabenprofil im inneren Ringbereich und radiale Stifte 5 auf. Die Räume der Ka vität, die nicht vom Reibring ausgefüllt sind, werden mit einem flüssigen Eisenmetall ausgegossen und stellen nach dem Erstar ren das Halteteil 2 dar. Durch den Erstarrungsprozeß verringert sich das Volumen des Halteteils, wodurch der Spalt 7 zwischen dem Reibring 3 und Halteteil 2 und der Spalt 10 zwischen Stift 5 und Halteteil 2 entsteht. Die Verschleißbeständigkeit einer derartigen Bremsscheibe übersteigt die einer herkömmlichen Grauguß-Bremsscheibe deutlich, zusätzlich erfolgt aufgrund der geringeren Dichte des Verbundwerkstoffes eine Gewichtsreduktion von ca. 40% gegenüber herkömmlichen Grauguß-Bremsscheiben.

Beispiel 2

Ein Rohling des Reibrings 3 aus einem Metall-Keramik- Verbundwerkstoff wird in eine Gießform gelegt, die eine Kavität in Form der gewünschten Bremsscheibengeometrie aufweist. Das Keilnabenprofil des Reibring-Rohlings und die Geometrie der Gießform ist gemäß dem Beispiel 1 ausgestaltet. Die Räume der Kavität, die nicht durch den Reibring-Rohling ausgefüllt sind, werden mit einer warmauslagerbaren Aluminiumlegierung ausgegos sen. Die Keilwellenverbindung und die Fixierung durch die Stif te 5 erfolgt analog Beispiel 1. Die Gewichtsreduzierung gegen über einer herkömmlichen Grauguß-Bremsscheibe beträgt 50% bei einer deutlichen Erhöhung der Verschleißbeständigkeit.

Beispiel 3

Wie Beispiel 2, das Befüllen der Gießform mit der Aluminiumle gierung erfolgt jedoch im Druckgußverfahren. Die Taktzeiten der Bremsscheibenherstellung wird deutlich verkürzt, was sich posi tiv auf die Bauteilkosten auswirkt.

Beispiel 4

wie Beispiel 1, der Bremsscheibenrohling besteht jedoch aus ei nem bainitisch gehärteten Gußeisen mit Lamellengraphit. Hier durch wird die Verschleißbeständigkeit gegenüber herkömmlichen Grauguß-Bremsscheiben deutlich erhöht.

Claims

1. Bremsscheibe mit einem topfförmigen Halteteil (2), das mit einem Reibring (3) in Drehrichtung formschlüssig nach Art einer Keilwellenverbindung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß
der Reibring (3), der aus einem Verbundwerkstoff besteht, ein Keilnabenprofil aufweist,
das Halteteil (2) an den Reibring (3) angegossen wird,
das Halteteil (2) nach dem Gießen erstarrt und somit schrumpft,
was zu einem radialen Spalt (7) zwischen dem Halteteil (2) und dem Reibring (3) führt,
die Keilwellenverbindung (4) axial über Stifte (5) gesichert wird,
wobei die Stifte vor dem Angießen des Halteteils (2) zumindest teilweise in Bohrungen (6) des Reibrings (3) eingebracht werden.

2. Bremsscheibe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Reibring (3) aus einem kohlenstoffaserverstärkten Siliziumkarbid-Verbundwerkstoff besteht.

3. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibring (3) aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff und/oder aus einem Intermetallic-Keramik-Verbundwerkstoff besteht.

4. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteteil (2) aus einer Graugußlegierung besteht.

5. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteteil (2) aus einer Aluminiumlegierung besteht.

6. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (5) aus Edelstahl und/oder aus einer Kupferlegierung bestehen.