DE10125114B4

DE10125114B4 - Bremsscheibe mit Dämpfungselement

Info

Publication number: DE10125114B4
Application number: DE2001125114
Authority: DE
Inventors: Muharrem Dipl.-Ing. Er (U); Karl Dipl.-Ing. Häsler (U); Jürgen Dipl.-Ing. Schnur (U); Peter Staudenecker
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: DE10125114A1

Abstract

Bremsscheibe, die einen Reibring und ein Halteteil umfasst, wobei am Reibring und/oder am Halteteil mindestens ein ringförmiges Dämpfungselement befestigt ist, wobei das mindestens eine Dämpfungselement folgende Teilelemente umfasst:
• mindestens einen tragenden Ring, der stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Reibring oder dem Halteteil verbunden ist,
• mindestens ein ringförmiges Dämpfungsmaterial, das umlaufend mit dem mindestens einen tragenden ersten Ring verbunden ist, wobei
• das Dämpfungsmaterial berührungsfrei zur Bremsscheibe angeordnet ist und wobei
• das Dämpfungselement einen zweiten metallischen Ring aufweist, der umlaufend mit dem Dämpfungsmaterial verbunden ist und berührungsfrei zum ersten metallischen Ring angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Dämpfungsmaterial (14-1j den zweiten metallischen Ring (16-1) ganz oder teilweise umschließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2.
Bei heutigen Großserien-Pkw werden überwiegend einteilige Bremsscheiben aus Grauguss eingesetzt. Sie stellen einen guten Kompromiss aus verschiedenen Anforderungen dar. Die thermische Beständigkeit, die mechanische Festigkeit und das Verschleißverhalten genügen in vielen Fällen den Anforderungen. Zudem sind Bremsscheiben aus Grauguss kostengünstig herzustellen.
Ein Nachteil des Graugussmaterials besteht in seiner geringen Dämpfungseigenschaft. Diese schlechte Eigenschaft führt speziell bei eintei- ligen Bremsscheiben, jedoch auch bei zweiteiligen Bremsscheiben zu Bremsgeräuschen, die von den Insassen als unangenehm empfunden werden.

Es wurden bisher Bestrebungen gemacht, Bremsscheiben zweiteilig darzustellen, was eine gewisse Geräuschreduzierung bedeutet, die Geräuschentwicklung jedoch nicht unterbindet. Die DE 44 46 017 C2 beschreibt eine zweiteilige Bremsscheibe, die durch Verschraubung gefügt ist. In den Bohrungen für Schrauben befinden sich Hülsen aus einem schwingungsdämpfenden Material.

Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Schwingungsdämpfung nur bei teureren, zweiteiligen Bremsscheiben angewendet werden kann.

In der EP 0456 301 A1 , wird eine eigengedämpfte Bremsscheibe beschrieben, die im wesentlichen ein zentrales Element mit einer Büchse zum Befestigen der Scheibe und einen Bremsrand umfasst, der starr mit dem zentralen Element verbunden ist, wobei eine Vielzahl von Gewichten in Umfangsrichtung auf der Oberfläche des zentralen Elements in einer der Büchse gegenüberliegenden Position befestigt, wobei eine Schicht aus dämpfendem Material zwischen der Oberfläche und den Gewichten eingefügt ist, um einen gedämpften Resonator zu bilden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine effektive, kostengünstige Schwingungsdämpfung für einteilige und zweiteilige Bremsscheiben bereitzustellen.

Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Bremsscheibe nach den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2.

An einer Bremsscheibe, die einen Reibring und ein Halteteil umfasst, ist umlaufend ein ringförmiges Dämpfungselement befestigt. Das Dämpfungselement weist mindestens einen umlaufenden, tragenden Ring auf, der mit der Bremsscheibe verbunden ist. Ferner umfasst das Dämpfungselement ein Dämpfungsmaterial, das mit dem mindestens einen tragenden Ring verbunden ist und berührungsfrei zur Bremsscheibe angeordnet ist.

In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung umschließt das Dämpfungsmaterial einen zweiten metallischen Ring ganz oder teilweise.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung sind der Reibring und das Halteteil einzeln ausgebildet, wobei der Reibring das Halteteil konzentrisch umgibt und das mindestens eine Dämpfungselement an einem Sicherungsring befestigt ist, der den Reibring und das Halteteil zumindest in eine Richtung axial gegen Verschieben sichert.

Der tragende Ring ist an der Bremsscheibe entweder durch Kleben, Nieten, Schrauben oder Schweißen befestigt oder er ver läuft mit einer radialen Vorspannung in einer Nut in der Bremsscheibe.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung besteht darin, dass die Schwingungen von der Bremsscheibe auf den tragenden Ring des Dämpfungselementes übertragen werden, an das Dämpfungsmaterial weitergeleitet werden und von diesem absorbiert werden.

Besonders bevorzugt weist das Dämpfungselement zwei Ringe auf, zwischen denen das Dämpfungsmaterial eingeschlossen ist. Der erste, tragende Ring ist dabei wie beschrieben mit der Bremsscheibe verbunden, der zweite Ring ist nur mit dem Dämpfungsmaterial verbunden und berührungsfrei zum ersten Ring und zur Bremsscheibe angeordnet. Dadurch haben beide Ringe ein unterschiedliches Schwingungsverhalten. Diese unterschiedlichen Schwingungen führen dazu, dass das in der Mitte liegende Dämpfungsmaterial Schwingungsenergie absorbiert und in Wärme umwandelt. Dies wirkt sich positiv auf die Geräuschentwicklung aus.

Das Dämpfungsmaterial, das am ersten Ring befestigt ist, bildet im Querschnitt bevorzugt ein L. In dieses L ist der zweite Ring eingelassen, berührt aber, wie bereits erwähnt den ersten Ring nicht. Der Vorteil einer L-förmigen Ausbildung des Dämpfungsmaterials ist eine zusätzliche Kompensation von Schwingungen in radialer Richtung. Andere Querschnitte des Dämpfungselementes, z. B. U-förmige, I-förmige oder T-förmige können ebenfalls zweckmäßig sein.

Der Querschnitt des Dämpfungselementes ist in vorteilhafter Weise so ausgestaltet, dass der erste, tragende Ring einen länglichen, rechteckigen Querschnitt aufweist. Teilbereiche dieses Ringes laufen bevorzugt in einer Nut in der Bremsscheibe. Diese Anordnung ist für die Montage besonders günstig.

Der Reibring der Bremsscheibe ist in der Regel mit einer Innenbelüftung versehen. Diese sorgt für eine gute Kühlung der Bremsscheibe, wodurch zudem die Wärmebelastung für das Dämpfungselement verringert wird .

Es gibt mehrere Stellen an der Bremsscheibe, die für das Anbringen des Dämpfungselementes geeignet sind. Sie bieten unterschiedliche Vorteile und es kann daher zweckmäßig sein, mehrere Dämpfungselemente an der Bremsscheibe anzubringen. Die stärksten Schwingungen an der Bremsscheibe treten häufig am äußeren Umfang des Reibrings in radialer Richtung auf. Ein Anbringen des Dämpfungselementes ist dort besonders zweckmäßig. Durch die dort angebrachten Bremssättel steht jedoch nur begrenzter Bau raum für das Dämpfungselement zur Verfügung. Besonders bevor- zugt wird demnach das Dämpfungselement am äußeren Umfang des Reibrings in der Mitte im Bereich der Innenbelüftung angebracht, da an dieser Stelle durch eine geringfügige Einbuchtung ausreichend Bauraum zur Verfügung steht.

Eine weitere zweckmäßige Anordnung des Dämpfungselementes befindet sich am inneren Umfang des Reibrings bzw. direkt am Halteteil, das in der Regel topfförmig ausgestaltet ist. Hier steht genügend Bauraum zur Verfügung und es erfolgt immer noch eine ausreichende Schwingungsabsorption durch das Dämpfungselement. Ist das Dämpfungselement direkt am Halteteil ohne direkten Kontakt zum Reibring befestigt, so ist die Temperaturbelastung für das Dämpfungsmaterial am geringsten.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass eine zweiteilig ausgebildete Bremsscheibe (Reibring und Halteteil sind getrennt) ebenfalls mit einem oder mehreren Dämpfungselementen ausgestattet sein kann. Die bisher beschriebenen Dämpfungselemente und ihre Anordnung an der Bremsscheibe sind hier ebenfalls anwendbar. Zusätzlich kann das Dämpfungselement an einem Sicherungselement befestigt sein, das den Reibring und das Halteteil gegen axiales Verschieben sichert. Das Dämpfungselement ist so platzsparend angeordnet und ist thermisch weitaehend isoliert.

In vorteilhafter Weise ist das Dämpfungselement hierbei auf einem Sicherungsring befestigt, der in Form einer Tellerfeder ausgebildet ist. Durch diese Anordnung kann eine axiale z. B. thermisch verursachte Ausdehnung zwischen Reibring und Halteteil ausgeglichen werden.

Der Sicherungsring, auf dem das Dämpfungselement befestigt ist, ist zur besseren Montage in einer Nut im Halteteil eingelassen und wird an den Reibring gedrückt.

Zur Reduzierung der Masse der Bremsscheibe kann der Reibring aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff bestehen. Dadurch wird die ungefederte Masse im Fahrwerk reduziert, was Vorteile für den Fahrkomfort bietet. Das Halteteil besteht dabei entweder konventionell aus einem Eisenmetall oder aus einem Leichtmetall wie Aluminium oder Titan, was zu einer weiteren Gewichtsreduzierung führt.

Vorteilhafte Ausgestaltungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Figuren.
Es zeigen:
1a, 2-5 eine Bremseinheit mit Bremsscheibe, Bremsbeläge, Sattel, Radnabe und neunerungsgemäßen Anordnungen eines Dämpfungselementes,
1b eine vergrößerte Darstellung des Details Ib aus 1a,
6 eine zweiteilige Bremsscheibe mit einem Sicherungsring, der ein Dämpfungselement umfasst und
7 eine zweiteilige Bremsscheibe mit einem Dämpfungselement.
In 1a ist eine Bremseinheit dargestellt, die eine Bremsscheibe 1-1 mit einem Reibring 2-1, einem topfförmigen Halteteil 3-1 und einem Dämpfungselement 4-1 sowie zwei Reibbeläge 6 und einen Bremssattel 8 umfasst. Die Bremseinheit ist auf einer Radnabe 10 montiert. Das Dämpfungselement 4-1 ist am inneren Umfang des Reibrings 2-1 im Bereich der Innenbelüftung 5-1 angebracht. (Bei Bezugszeichen mit zwei Ziffern steht die zweite Ziffer für die Figurennummer.)
Die 1b gibt das Detail Ib aus 1a als Vergrößerung wieder. Das Dämpfungselement 4-1 umfasst einen ersten, tragenden Ring 12-1, dessen hervorstehender Teil in einer Nut 18-1 im Reibring geführt ist. Am Ring 12-1 ist ein Dämpfungsmaterial 14-1 befestigt, das L-förmig ausgestaltet ist. In dem L-förmigen Dämpfungsmaterial 14-1 ist ein zweiter Ring 16-1 eingefügt, der bezüglich des ersten Rings berührungsfrei angeordnet ist.
Die Befestigung zwischen dem ersten Ring 12-1, dem Dämpfungsmaterial 14-1 und dem zweiten Ring 16-1 erfolgt über Klebeverbindungen. Die beiden Ringe 12-1 und 16-1 sind bevorzugt metallisch, z. B. aus Messing oder Stahl ausgestaltet. Das Dämpfungsmaterial besteht in der Regel aus einem organischen Material wie Kautschuk, thermoplastischen Elastomeren oder ähn- lichem, das besonders gute Dämpfungseigenschaften aufweist.
Das Dämpfungselement ist als offener Ring ausgestaltet. Dieser wird in 1 bei der Montage zusammengedrückt und in die Nut 18-1 eingerastet. Durch die radiale Spannkraft sitzt das Dämpfungselement fest in der Nut 18-1. Unter Umständen kann eine hier nicht dargestellte Verdrehsicherung das Dämpfungselement sichern.
In den 2 bis 5 sind die gleichen Bremseinheiten wie in 1 dargestellt, sie unterscheiden sich lediglich in der Anordnung des Dämpfungselementes. In 2 ist das Dämpfungselement 4-2 am inneren Umfang des Reibrings am Übergangsbereich zwischen dem Halteteil und dem Reibring angebracht. In 3 ist das Dämpfungselement 4-3 an der gegenüberliegenden Seite des Reibrings 2-3 angebracht. Die in den 1 bis 3 dargestellten Varianten zeichnen sich besonders durch ihren geringen Platzbedarf des Dämpfungselementes aus.
Die in 4 dargestellte Bremseinheit 1 weist ein Dämpfungselement am Halteteil 3-4 auf. In dieser Anordnung ist das Dämpfungselement gut vor den hohen Temperaturen am Reibring geschützt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform der Erfindung ist in 5 dargestellt. Das Dämpfungselement 4-5 ist in einer Senke 5-5 am äußeren Umfang des Reibrings 2-5 angebracht, die durch eine Innenbelüftung gebildet wird. Am äußeren Umfang des Reibrings entstehen die stärksten Schwingungen der Bremsscheibe, weshalb hier das Dämpfungselement die größte Wirkung zeigt.
In den 6 und 7 sind im Gegensatz zu den vorausgehenden Figuren Querschnitte zweiteiliger Bremsscheiben dargestellt. 6 weist einen Reibring 20 auf, der sich konzentrisch auf einem Halteteil 22-6 befindet. In eine axiale Richtung ist der Reibring 20 durch einen Absatz 23 gegen Verschieben gesichert. In die andere axiale Richtung erfolgt die Sicherung durch einen Sicherungsring 24-6. Der Sicherungsring 24-6 ist in einer Nut 25-6 im Halteteil 22-6 geführt und drückt den Reibring 20 gegen den Absatz 23. Der Sicherungsring 24-6 ist tellerfederförmig ausgebildet und kann durch federnde Wirkung Ausdehnungen des Reibrings 20 und des Hälteteils 22-6 kompensieren.
Auf der dem Reibring abgewandten Seite des Sicherungsrings 24-6 befindet sich ein mäße Dämpfungselement 26-6, das den Sicherungsring 24-6 als tragenden Ring sowie ein Dämpfungsmaterial 29-6 und einen zweiten Ring 28-6 umfasst. Das Dämpfungsmaterial 29-6 ist auf dem Sicherungsring 24-6 befestigt, es ist L-förmig ausgebildet. In dieses L ist der zweite Ring 28-6 eingesetzt.
Die Schwingungen der Bremsscheibe, insbesondere die des Reibrings 20 werden über den Sicherungsring 24-6 auf das Dämpfungsmaterial 29-6 des Dämpfungselementes 26-6 übertragen und von dort auf den zweiten Ring 28-6 weitergeleitet. Die Schwingungsenergie wird im Dämpfungsmaterial 29-6 kompensiert und in Wärme umgewandelt. Die L-förmige Ausbildung des Dämpfungsmaterials ermöglicht eine zusätzliche Dämpfung von Schwingungen in radialer Richtung.
Der Aufbau der Bremsscheibe 1-7 in 7 entspricht dem der Bremsscheibe 1-6 in 6. Das Dämpfungselement 26-7 ist jedoch nicht am Sicherungsring 24-7 angebracht, sondern auf einem weiteren Sicherungsring 30, der in einer Nut 31 im Halteteil 22-7 angebracht ist. Dieser ersetzt den in 6 dargestellten Absatz 23 und sichert den Reibring 20 in eine axiale Richtung gegen Verschieben. Die Wirkungsweise des Dämpfungselementes 26-7 ist analog der in 6 beschriebenen.
Neben den dargestellten Dämpfungselementen in den 6 und 7 können derartige zweiteilige Bremsscheiben zusätzlich Dämpfungselemente analog den 1 bis 5 aufweisen. Zudem ist es möglich, zweiteilige Bremsscheiben mit Dämpfungselementen analog der 1 bis 5 zu versehen und auf Dämpfungselemente nach den 6 und 7 zu verzichten, wenn die konstruktiven Bedingungen dies erfordern.

Claims

Bremsscheibe, die einen Reibring und ein Halteteil umfasst, wobei am Reibring und/oder am Halteteil mindestens ein ringförmiges Dämpfungselement befestigt ist, wobei das mindestens eine Dämpfungselement folgende Teilelemente umfasst: • mindestens einen tragenden Ring, der stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Reibring oder dem Halteteil verbunden ist, • mindestens ein ringförmiges Dämpfungsmaterial, das umlaufend mit dem mindestens einen tragenden ersten Ring verbunden ist, wobei • das Dämpfungsmaterial berührungsfrei zur Bremsscheibe angeordnet ist und wobei • das Dämpfungselement einen zweiten metallischen Ring aufweist, der umlaufend mit dem Dämpfungsmaterial verbunden ist und berührungsfrei zum ersten metallischen Ring angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmaterial (14-1j den zweiten metallischen Ring (16-1) ganz oder teilweise umschließt.
Bremsscheibe, die einen Reibring und ein Halteteil umfasst, wobei am Reibring und/oder am Halteteil mindestens ein ringförmiges Dämpfungselement befestigt ist, wobei das mindestens eine Dämpfungselement folgende Teilelemente umfasst • mindestens einen tragenden Ring, der stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Reibring oder dem Halteteil verbunden ist, • mindestens ein ringförmiges Dämpfungsmaterial, das umlaufend mit dem mindestens einen tragenden ersten Ring verbunden ist, wobei • das Dämpfungsmaterial berührungsfrei zur Bremsscheibe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (20) und das Halteteil (22-6) einzeln ausgebildet sind, der Reibring (20) das Halteteil (22-6) konzentrisch umgibt und das mindestens eine Dämpfungselement (26-6) an einem Sicherungsring (24-6) befestigt ist, der den Reibring (20) und das Halteteil (22-6) zumindest in eine Richtung axial gegen Verschieben sichert.
Bremsscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (24-6) tellerfederförmig ausgestaltet ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (24-6) in einer umlaufenden Nut (25-6) im Halteteil (22-6) verläuft.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste metallische Ring (12-1) teilweise in einer Nut (18-1) in der Bremsscheibe verläuft.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring eine Innenbelüftung aufweist.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dämpfungselement (4-1) am äußeren Umfang des Reibrings (2-1) axial mittig angebracht ist.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dämpfungselement (4-1) am inneren Umfang des Reibrings (2-1) halteteilseitig und/oder mittig und/oder gegenüber dem Halteteil (3-1) am Reibring (2-1) angebracht ist.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (2-1) aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff besteht.