DE10143817A1

DE10143817A1 - Bremsscheibe für eine Kraftfahrzeugscheibenbremse

Info

Publication number: DE10143817A1
Application number: DE2001143817
Authority: DE
Inventors: Rudolf Thiel; Juergen Bauer; Martin Nader
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2003-03-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe (1) für eine Kraftfahrzeugscheibenbremse mit einem Reibring (2), der zwei Ringelemente (21, 22) mit jeweils einer Reibfläche (20) umfasst, und mit einem Reibringträger (3), an dem der Reibring (2) formschlüssig befestigt ist. Dabei dient der Reibringträger (3) der drehfesten Verbindung des Reibringes (2) mit einer drehbaren Achse des Kraftfahrzeugs. Zur Vereinfachung der Gestaltung der Ringelemente (21, 22) sowie zur verbesserten Befestigung des Reibringes (2) am Reibringträger ist vorgesehen, dass die Ringelemente (21, 22) zumindest in Umfangsrichtung formschlüssig miteinander verbunden sind und axial mittels mehrerer Verbindungselemente (4) aneinander befestigt sind. Dies ermöglicht zwar eine sichere Übertragung auftretender Bremsumfangskräfte aber gestattet gleichzeitig eine begrenzte Verschiebbarkeit des Reibringes (2) gegenüber dem Reibringträger sowohl in radialer als auch in axialer Richtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für eine Kraftfahrzeugscheibenbremse mit einem Reibring, der zwei Ringelemente mit jeweils einer Reibfläche umfasst, und mit einem Reibringträger, an dem der Reibring formschlüssig befestigt ist. Dabei dient der Reibringträger der drehfesten Verbindung des Reibringes mit einer drehbaren Achse des Kraftfahrzeugs.
Aus der DE 44 45 226 A1 ist eine aus einem Kohlenstoff bzw. einem kohlenstofffaserverstärktem Werkstoff bestehende, innenbelüftete Bremsscheibe für Scheibenbremsen bekannt, die zwei Reibringe mit innenliegenden Rippen sowie einen Topf aufweist. Die beiden Reibringe sind dabei mittels einer Hochtemperaturlötung oder einer Klebung unlösbar miteinander verbunden. Damit wird zunächst eine separate Herstellung der beiden Reibringe ermöglicht. Die beiden Reibringe werden an einem Topf befestigt, um die gesamte Bremsscheibe beispielsweise an einem Fahrzeugrad montieren zu können. Dazu sind an den Reibring flanschartige Vorsprünge angeformt, um den Reibring mittels Verschraubung am Topf befestigen zu können. Die flanschartigen Vorsprünge erfordern einen zusätzlichen Materialaufwand am Reibring, der ohnehin aus einem hochwertigen und damit kostspieligen Werkstoff besteht. Weiterhin ist der Reibring starr an den zugehörigen Topf angebunden, was sich negativ auf das Schwingungs- sowie das sonstige Komfortverhalten der gesamten Bremsscheibe auswirkt.
Ausgehend davon ist es die Aufgabe der Erfindung, eine mehrteilige Bremsscheibe für eine Kraftfahrzeugscheibenbremse mit einem Reibring und einem Reibringträger anzugeben, die einfach sowie kostengünstig herzustellen und zu montieren ist. Darüber hinaus soll der Reibring für besseres Komfortverhalten der Bremsscheibe geeignet am Reibringträger befestigt werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Bremsscheibe einer Kraftfahrzeugscheibenbremse mit einem Reibring, der zwei Ringelemente mit jeweils einer Reibfläche umfasst, und mit einem Reibringträger, an dem der Reibring formschlüssig befestigbar ist. Die beiden zunächst getrennten Ringelemente gestatten eine einfache und kostengünstige Fertigung, da insbesondere die einander zugewandten Innenflächen der Ringelemente sehr flexibel gestalten werden können. Dies ermöglicht vor allem im Falle einer innenbelüfteten Bremsscheibe die zielgerichtete Anpassung der Belüftungskanäle zwischen den Ringelementen an die jeweiligen Anforderungen. Neuerungsgemäß sind die Ringelemente zumindest in Umfangsrichtung formschlüssig miteinander verbunden sind und axial mittels mehrerer Verbindungselemente aneinander befestigt. Damit erfolgt die Übertragung der auftretenden Bremsumfangskräfte über die formschlüssige Verbindung der Ringelement, während die von der Umfangslast im wesentlichen befreiten Verbindungselemente lediglich für die axiale Befestigung der beiden Ringelemente aneinander sorgen.
Eine erste vorteilhafte Variante der Bremsscheibe sieht vor, dass an ein erstes Ringelement mehrere Vorsprünge angeformt sind, die sich in zugehörige Ausnehmungen im zweiten Ringelement zumindest in Umfangsrichtung formschlüssig erstrecken. Dies gewährleistet eine sichere Übertragung der Bremsumfangskräfte allein über die Vorsprünge mit den zugehörigen Ausnehmungen. Durch die Auslegung der Vorsprunghöhe kann gleichzeitig Einfluss auf die Reibringdicke genommen werden, so dass die Reibringdicke auf einfache Art und Weise variiert werden kann.
Eine zweite sinnvolle Ausführung der Bremsscheibe ergibt sich dadurch, dass die Ringelemente mittels mehrerer Distanzelemente miteinander verbunden sind, die zwischen den Ringelementen angeordnet sind und jeweils mit den Ringelementen zumindest in Umfangsrichtung formschlüssig verbunden sind. Hierbei werden an den Ringelementen auftretende Umfangskräfte über die Distanzelemente übertragen. Gleichzeitig kann auch über die Dimensionierung der Distanzelemente ein Einfluss auf die Reibringdicke genommen werden. Als zusätzliche Gestaltungsmöglichkeit können die Distanzelemente aus unterschiedlichen geeigneten Werkstoffen hergestellt sein, z. B. Stahl oder Materialien zumindest mit Anteilen von Kohlenstoff, Kohlenstofffasern bzw. Keramik. Andererseits können die Distanzelemente auch aus Werkstoffen mit elastischen oder dämpfenden Eigenschaften bestehen, um beispielsweise das Schwingungsverhalten der Bremsscheibe positiv beeinflussen zu können.
Gemäß einer bevorzugten Bremsscheibenausführung ist der Reibring zumindest begrenzt radial verschiebbar am Reibringträger befestigt. Dies gestattet einerseits den Ausgleich von Fertigungstoleranzen und trägt andererseits den häufig unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Reibring und Reibringträger Rechnung. Ein zusätzlicher Vorteil wird dadurch erreicht, dass der Reibring zumindest begrenzt axial verschiebbar am Reibringträger befestigt ist. Durch diese Maßnahme kann sich der Reibring der Bremsscheibe im fertigmontierten Betriebszustand innerhalb vorgegebener Grenzen selbständig axial positionieren. Insgesamt wird damit eine verbesserte Lüftspieleinstellung innerhalb der Scheibenbremse nach beendeter Bremsung erreicht. Das Ergebnis ist ein deutlich verbessertes Komfortverhalten der Bremsscheibe. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Reibring mittels eines elastischen Federelementes axial gegenüber dem Reibringträger verspannt ist. Eine solches Federelement kann beispielsweise als Tellerfeder oder elastisch deformierbarer Ring ausgebildet sein.
Eine vorteilhafte Ausführung der Bremsscheibe ergibt sich dadurch, dass am Reibring und am Reibringträger einander zugehörige Kraftübertragungsflächen ausgebildet sind, die sich senkrecht zur Umfangsrichtung erstrecken. Damit wird eine Art Verzahnung zwischen Reibring und Reibringträger gebildet, die hohe Umfangskräfte übertragen kann ohne allzu große Flächenpressungen an den Kraftübertragungsflächen auftreten zu lassen. Gleichzeitig lassen derartige ebene Kraftübertragungsflächen die oben beschriebene radiale Verschiebung des Reibrings gegenüber dem Reibringträger zu. Zur beanspruchungsgerechten Kraftübertragung sind die Kraftübertragungsflächen dabei vorzugsweise innerhalb einer axialen Projektion der Reibflächen (20) ausgebildet.
Die mehrteilige Konstruktion Bremsscheibe erlaubt es außerdem, den Reibring und Reibringträger aus unterschiedlichen Werkstoffen zu fertigen. Beispielweise können Reibring und Reibringträger aus geeigneten metallischen Werkstoffen bestehen. Für den Reibring sind auch hochfeste sowie thermisch beständige Werkstoffe mit Anteilen von Kohlenstoff, Kohlenstofffasern oder Keramik vorteilhaft.
Eine weitere sinnvolle Weiterentwicklung der Bremsscheibe besteht darin, den Reibringträger in einen Außenring eines Radlagers zu integrieren. Dadurch entfällt der Reibringträger als zusätzliches separates Bauteil. Der Reibring wird somit unmittelbar am Außenring des Radlagers montiert. Dies ergibt eine äußerst kompakte Gesamtkonstruktion mit geringem Bauteilaufwand.
Weitere sinnvolle Detailmerkmale der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen in den Figuren zu entnehmen und werden im folgenden näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Bremsscheibe mit Reibring und Reibringträger in einer ersten Ausführungsform in geschnittener Ansicht;
Fig. 2 eine Bremsscheibe mit Reibring und abgewandeltem Reibringträger in einer zweiten Ausführungsform in geschnittener Ansicht;
Fig. 3 einen Reibring mit zugehörigem Reibringträger in geschnittener Ansicht gemäß einer dritten Ausführungsform und
Fig. 4 einen Reibring mit Distanzelementen und zugehörigem Reibringträger in geschnittener Ansicht gemäß einer vierten Ausführungsform.
Die in den Figuren gezeigte mehrteilige, innenbelüftete Bremsscheibe 1 einer Kraftfahrzeugscheibenbremse umfasst einen Reibring 2 sowie einen Reibringträger 3, an dem der Reibring 2 lösbar befestigt ist. Der Reibring 2 besteht dabei im wesentlichen aus zwei separaten Ringelementen 21, 22, die jeweils eine außenliegende Reibfläche 20 aufweisen und zur Übertragung von Bremsumfangskräften verdrehfest miteinander verbunden sind. Dazu sind am ersten Ringelement 21 mehrere axial sich erstreckende Vorsprünge 23, 24 ausgebildet, die in zugehörige Ausnehmungen 25 im zweiten Ringelement 22 insbesondere bezogen auf die Umfangsrichtung formschlüssig hineinragen. Auftretende Bremsumfangskräfte werden somit über die Vorsprünge 23, 24 und Ausnehmungen 25 übertragen. Dabei wird die Anzahl der Vorsprünge 23, 24 bzw. Ausnehmungen 25 von der Größe der zu übertragenden Bremsumfangskraft bestimmt. Axial zusammengehalten werden die Ringelemente 21, 22 mittels mehrerer Verbindungselemente 4, die in Durchgangslöchern 26 in den Ringelementen 21, 22 angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Verbindungselemente 4 als Nieten, Schrauben oder analog wirkende Verbindungselemente ausgebildet. In den Figuren sind Nieten als Verbindungselemente 4 dargestellt, deren beidseitige Kopfabschnitte 5, 5' jeweils in Vertiefungen 27 der Durchgangslöcher 26 versenkt sind. Besonders bauraum- und materialsparend erstrecken sich die Verbindungselemente 4 im Innern der Vorsprünge 23, 24. Dabei halten die Verbindungselemente 4 die beiden Ringelemente 21, 22 lediglich axial zusammen. An der Umfangskraftübertragung sind die Verbindungselemente 4 im wesentlichen nicht beteiligt.
Zwischen den Ringelementen 21, 22, die durch die Vorsprünge 23, 24 axial voneinander getrennt sind, erstrecken sich innenliegende Belüftungskanäle 6, um den Reibring 2 während des Bremsenbetriebes zu kühlen. Diese Belüftungskanäle 6 können durch die mehrteilige Anordnung des Reibringes 2 an den einzelnen Ringelementen 21, 22 sehr genau und zielgerichtet angeformt werden. Dadurch lassen sich die Kühlungseffekte durch Belüftung verstärken.
Zur weiteren Übertragung der Bremsumfangskräfte ist der Reibring 2 in Umfangsrichtung formschlüssig am Reibringträger 3 befestigt. Dazu ist zwischen Reibring 2 und Reibringträger 3 eine Art verdrehfeste Verzahnung ausgebildet. Am Reibringträger 3 sind über den Außenumfang verteilt mehrere Kerben 30angeordnet, in denen die Vorsprünge 24 des ersten Reibringes 21 in Umfangsrichtung formschlüssig anliegen. Dabei sind an den Vorsprüngen 24 und den entsprechenden Kerben 30 einander zugehörige Kraftübertragungsflächen 28, 31 ausgebildet. Diese Kraftübertragungsflächen 28, 31 sind vorzugsweise eben sowie senkrecht zur Umfangsrichtung gestaltet, um eine sichere Kraftübertragung mit geringen Flächenpressungen zu erreichen. Gleichzeitig wird eine radiale Verschiebung zwischen Reibring 2 und Reibringträger 3 ermöglicht, die sich im normalen Bremsbetrieb insbesondere bei Verwendung unterschiedlicher Materialien mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten für Reibring 2 und Reibringträger 3 ergibt. Axial liegt der Reibringträger 3 im Bereich der Kerbe 30 jeweils unter Axialspiel am Vorsprung 24 an. Dabei dient ein Absatz 29 am Vorsprung 24 als axialer Anschlag für den Reibringträger 3 am Reibring 2. Auf der anderen Seite wird der Reibring 2 über mehrere Federelemente 7 axial gegenüber dem Reibringträger 3 vorgespannt. Dazu liegt jedes Federelement 7 einerseits an einer Anschlagfläche 8 am Reibring 2 und andererseits am Reibringträger 3 an. Das Federelement 7 ist vorzugsweise als Tellerfeder, als elastisch deformierbarer Ring oder als analog wirksames Bauteil ausgebildet. Insbesondere besitzt das Federelement auch dämpfende Eigenschaften, um beispielsweise das Schwingungsverhalten der Bremsscheibe positiv beeinflussen zu können. Insgesamt erlauben die Federelemente 7 eine begrenzte axiale Bewegung des Reibringes 2 gegenüber dem Reibringträger 3. Dadurch kann sich der Reibring 2 für die jeweilige Scheibenbremse im Bremsenbetrieb axial eigenständig positionieren. Dies verbessert das Lüftverhalten der gesamten Scheibenbremse nach beendeter Bremsung und wirkt sich allgemein positiv auf das Komfortverhalten der Bremsscheibe aus.
Andererseits ist der Reibringträger 3 verdrehfest an ein Bauteil der drehbaren Fahrzeugachse gekoppelt. Innerhalb der Fig. 1, 2 ist der Reibringträger 3 lösbar mit einem Flansch 9 eines Lageraußenringes 10 verbunden. Der Lageraußenring 10 umgibt dabei ein Radlager des Kraftfahrzeuges. Gemäß Fig. 1 ist der Reibringträger 3 axial langgezogen ausgeführt und wird zusammen mit dem nicht gezeigten Kraftfahrzeugrad von der Fahrzeugaußenseite her am Flansch 9 verschraubt. Fig. 2 zeigt eine Variante der Bremsscheibe, bei der der Reibringträger 3 von der Fahrzeuginnenseite her mit dem Flansch 9 des Lageraußenrings 10 verbunden ist und gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 nur einen kurzen zylindrischen Abschnitt aufweist. Dabei ist der Reibringträger 3 mittels mehrerer Nieten 11 oder sonstiger geeigneter Befestigungsmittel verdrehfest am Flansch 9 befestigt. Im Unterschied zur Ausführung nach Fig. 1 besitzt der Reibringträger in Fig. 2 axial kürzere Abmessungen. Dies bedingt einen reduzierten Bauraum- und Materialaufwand was die erforderlichen Kosten und das Gewicht senkt.
Alternativ zu den Ausführungen des Reibringträgers 3 nach den Fig. 1, 2 kann der Reibringträger auch gemäß einer nicht gezeigten Weiterbildung unmittelbar in den Außenring 10 eines Radlagers integriert sein. Dabei ist der Reibringträger einstückig an den Lageraußenring 10 angeformt. Dies reduziert den Bauteilaufwand und schafft eine sehr kompakte Bauform der Bremsscheibe.
Fig. 3 ist eine Variante des Reibringes 2 zu entnehmen, bei der die beiden formschlüssig aneinander gekoppelten Ringelemente 21, 22 ohne ein zwischenliegendes axial wirksames Federelement am Reibringträger 3 verdrehfest fixiert sind. Nichtsdestotrotz wird eine axial begrenzte Verschiebbarkeit des Reibringes 2 gegenüber dem Reibringträger dadurch erreicht, dass zwischen dem Absatz 29 am ersten Ringelement 21 bzw. der Anschlagfläche 8' am zweiten Ringelement 22 und dem Reibringträger 3 im Bereich der Kerbe 30 jeweils ein entsprechendes axiales Spiel vorgehalten wird. Dies erfordert eine entsprechend genaue Maßgenauigkeit der betreffenden Bauteile.
Gegenüber der Reibringvariante 2 nach Fig. 3 sind die beiden Ringelemente 21', 22' in Fig. 4 über mehrere Distanzelemente 12, 13 verdrehfest miteinander verbunden. Die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilten Distanzelemente 12, 13 sind jeweils formschlüssig mit den Ringelementen 21', 22' verbunden. Die axiale Befestigung der Ringelemente 21', 22' erfolgt wie bereits beschrieben mittels mehrerer Verbindungselemente 4, die insbesondere innerhalb der hülsenförmigen Distanzelemente 12, 13 verlaufen. Die verdrehfeste Verbindung des Reibringes 2' am Reibringträger 3 erfolgt analog zu den obigen Ausführungen gemäß Fig. 1 oder 2. Dabei umgibt der Reibringträger 3 an mehreren Stellen am Umfang jeweils im Bereich der Kerbe 30 ein Distanzelement 13 formschlüssig. Durch Dimensionierung der axialen Länge der Distanzelemente 12, 13 kann unmittelbar Einfluss auf die resultierende Reibringdicke D genommen werden. Weiterhin gestattet diese Ausführung die Ausbildung baugleicher Ringelemente 21', 22', wobei die erforderliche Reibringdicke D durch die Distanzelemente 12, 13 festgelegt wird. Die Anzahl der notwendigen Distanzelemente 12, 13 wird durch die Größe der zu übertragenden Bremsumfangskraft bestimmt. Dabei können die Distanzelemente 12, 13 aus jedem geeigneten Werkstoff bestehen, beispielsweise aus Stahl oder aus hochfestem Werkstoff mit Keramikanteil. Es besteht sogar die Möglichkeit ein Material mit Feder- oder Dämpfungseigenschaften gezielt einzusetzen, um bewusst Einfluss auf das Schwingungsverhalten der Bremsscheibe zu nehmen.
Für die vorgenannten Bremsscheibenvarianten können zahlreiche geeignete Werkstoffe Verwendung finden. Insbesondere ist es sinnvoll für die unterschiedlichen Bauteile verschiedene Werkstoffen zu verwenden. So eignen sich für den Reibring 2, 2' bzw. die Ringelemente 21, 21', 22, 22' stark mechanisch sowie thermisch belastbare Werkstoffe, wie z. B. Stahl, Eisenguss, kohlenstoff- bzw. kohlenstofffaserhaltige Werkstoffe oder Werkstoffe mit zumindest Keramikanteil. Für den Reibringträger 3 eignen sich beispielsweise metallische oder leichtmetallische Werkstoffe bzw. die vorgenannten Materialien.

Claims

1. Bremsscheibe (1) für eine Kraftfahrzeugscheibenbremse mit einem Reibring (2, 2'), der zwei Ringelemente (21, 21', 22, 22') mit jeweils einer Reibfläche (20) umfasst, und mit einem Reibringträger (3), an dem der Reibring (2, 2') formschlüssig befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringelemente (21, 21', 22, 22') zumindest in Umfangsrichtung formschlüssig miteinander verbunden sind und axial mittels mehrerer Verbindungselemente (4) aneinander befestigt sind.

2. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an ein erstes Ringelement (21) mehrere Vorsprünge (23, 24) angeformt sind, die sich in zugehörige Ausnehmungen (25) im zweiten Ringelement (22) zumindest in Umfangsrichtung formschlüssig erstrecken.

3. Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringelemente (21', 22') mittels mehrerer Distanzelemente (12, 13) miteinander verbunden sind, die zwischen den Ringelementen (21', 22') angeordnet sind und jeweils mit den Ringelementen (21', 22') zumindest in Umfangsrichtung formschlüssig verbunden sind.

4. Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (2, 2') zumindest begrenzt radial verschiebbar am Reibringträger (3) befestigbar ist.

5. Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (2, 2') zumindest begrenzt axial verschiebbar am Reibringträger (3) befestigbar ist.

6. Bremsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (2) mittels eines elastischen Federelementes (7) axial gegenüber dem Reibringträger (3) verspannt ist.

7. Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Reibring (2) und am Reibringträger (3) einander zugehörige Kraftübertragungsflächen (28, 31) ausgebildet sind, die sich senkrecht zur Umfangsrichtung erstrecken.

8. Bremsscheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsflächen (28, 31) innerhalb einer axialen Projektion der Reibflächen (20) ausgebildet sind.

9. Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Reibring (2, 2') und Reibringträger (3) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.

10. Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibringträger (3) in einen Außenring (10) eines Radlagers integriert ist.