DE102008038369A1

DE102008038369A1 - Bremsscheibe mit axialer Verschiebbarkeit

Info

Publication number: DE102008038369A1
Application number: DE102008038369A
Authority: DE
Inventors: Oliver Lembach; Ralph Dr.-Ing. Mayer
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-08-19
Filing date: 2008-08-19
Publication date: 2010-02-25
Anticipated expiration: 2028-08-20
Also published as: WO2010020319A1; DE102008038369B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe mit einem schwimmend auf einem Bremsscheibentopf (1) gelagerten Reibring (2). Durch die Erfindung wird es möglich, die Luftzufuhr (24) für eine Innenbelüftung des Reibrings (2) zu verbessern und zugleich die Übertragung eines hohen Drehmoments bei einer Bremsung vom Reibring (2) auf den Bremsscheibentopf (1) zu ermöglichen. Dazu sind am Reibring (2) innenseitig Zwischenelemente (3) ausgebildet, die den Reibring (2) radial vom Bremsscheibentopf (1) beabstanden. An den bremsscheibentopfseitigen Enden der Zwischenelemente (3) sind Zahnlücken ausgebildet, in die Zähne (4) einer bremsscheibentopfseitigen Zahnanordnung eingreifen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für eine Scheibenbremse, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Bremsscheibe ist bereits aus der DE 101 25 111 B4 bekannt.
Demnach weist die Bremsscheibe einen Reibring auf, der bei einer Bremsung mit den Bremsbelägen eines karosserieseitig des Kraftfahrzeugs festgelegten Bremssattels beaufschlagt wird. Die durch die Reibung zwischen den Bremsbelägen und dem Reibring erzeugte Bremskraft wird als Drehmoment vom Reibring auf einen Topf der Bremsscheibe übertragen, der das Moment wiederum auf eine Radachse ableitet. Der Topf der Bremsscheibe ist dazu als Hülse ausgebildet, die an der Nabe der Radachse befestigbar ist. Der Reibring ist dabei auf dem Bremsscheibentopf in axialer Richtung schwimmend gelagert, wodurch sich der Reibring bei einer Bremsung in axialer Richtung zwischen den Bremsbelägen des Bremssattels in der Weise selbständig anordnen kann, dass gegenüberliegende Bremsbeläge gleich große Kräfte auf den Reibring ausüben. Um den Reibring in axialer Richtung schwimmend lagern zu können und zugleich bei einer Bremsung ein Drehmoment in Umlaufrichtung des Reibrings durch einen Formschluss übertragen zu können, ist der Bremsscheibentopf nach dem Prinzip einer Keilwelle mit einer Zahnanordnung ausgebildet. Der Reibring weist eine entsprechende Zahnlückenanordnung auf.
Um die bei einer Bremsung durch die Reibkraft entstehende Wärme im Reibring besser abführen zu können, wird ein Reibring aus zwei Ringen, den sogenannten Reibringhälften, gebildet, die in axialer Richtung beabstandet sind und die über Stege steif miteinander verbunden sind. Der so zwischen den Reibringhälften entstehende Zwischenraum kann von Luft durchströmt werden, wodurch die beiden Reibringhälften gekühlt werden. Bremsscheiben mit dieser Art ausgestalteten Reibringen werden auch innen belüftete Bremsscheiben genannt.
Die Kühlung eines innen belüfteten Reibringes wird um so effizienter, je leichter Frischluft über die Innenseite des Reibrings in die Innenbelüftung zwischen die beiden Reibringhälften eintreten kann. Da allerdings an der Innenseite des Reibrings auch die Zahnlückenanordnung der Verzahnung zwischen Reibring und Bremsscheibentopf verläuft, ist ein Abgleich nötig zwischen einer effizienten Kühlung des Reibringes durch Schaffung großer Eintrittsöffnungen zur Innenbelüftung auf der einen Seite und einer Maximierung des vom Reibring auf den Bremsscheibentopf übertragbaren Bremsmomentes durch eine möglichst massive Verzahnung auf der anderen Seite.
Gemäß der DE 101 25 111 B4 wird zur Verbesserung der Belüftung die bremsscheibentopfseitige Zahnanordnung für die Bildung der Keilwelle nur auf Teilsegmenten des Umfangs des Bremsscheibentopfs ausgebildet. Zwischen den einzelnen Segmenten der Zahnanordnung werden Aussparungen freigelassen, über die Luft in die Innenbelüftung des Reibrings strömen kann.
In der Druckschrift DE 100 25 102 C1 wird alternativ dazu eine Vergrößerung des für das Einströmen von Frischluft in die Innenbelüftung eines Reibrings zur Verfügung stehenden Querschnitts durch eine Zahnanordnung für eine Keilwelle erreicht, bei der nur in jede zweite Zahnlücke ein korrespondierender Zahn einer Zahnanordnung greift. Über die frei bleibenden Zahnlücken kann Frischluft in die Innenbelüftung des Reibringes einströmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bremsscheibe mit einem schwimmend auf einem Bremsscheibentopf gelagerten Reibring in der Weise weiterzubilden, dass die Kühlung des Reibrings verbessert wird und zugleich weiterhin ein hohes Drehmoment von dem Reibring auf den Bremsscheibentopf übertragbar ist.
Die Aufgabe wird durch eine Bremsscheibe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zu der Erfindung gehört auch eine Scheibenbremse gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Bremsscheibe weist somit einen Reibring auf, welcher mit einem Bremsscheibentopf über eine Verzahnung nach dem Prinzip der Keilwelle verbunden ist, d. h. dass eine bremsscheibentopfseitige Zahnanordnung mit einer reibringseitigen Zahnlückenanordnung in Eingriff steht, wobei die Zahnlücken der reibringseitigen Zahnlückenanordnung in Zwischenelementen ausgebildet sind, welche von einer in radialem Abstand zur bremsscheibentopfseitigen Zahnanordnung angeordneten Innenseite des Reibrings radial nach innen abstehen und in einem gegenseitigen Abstand zueinander angeordnet sind. Die Zwischenelemente fungieren also als Stege oder Speichen zwischen der Innenseite des Reibrings und dem Außenumfang des Bremsscheibentopfs. Durch die resultierende Beabstandung zwischen Reibring und Bremsscheibentopf wird die Zufuhr von Frischluft in die Innenbelüftung des Reibrings verbessert. Da die bremsscheibentopfseitigen Enden der Stege nicht fest mit dem Bremsscheibentopf verbunden, sondern durch eine Verzahnung schwimmend gelagert sind, ist zudem weiterhin sichergestellt, dass der Reibring sich bei einer Bremsung optimal zwischen den Bremsbelägen des Bremssattels ausrichten kann.
Werden die bremsscheibentopfseitigen Enden der Zwischenelemente über Ringsegmente verbunden, so entsteht ein umlaufender Innenring, der den Bremsscheibentopf in den Bereichen zwischen den Zähnen der Zahnanordnung umschließt. Dadurch werden in vorteilhafter Weise partielle Zugbeanspruchungen an den Zwischenelementen des Reibrings auf weniger beanspruchte Zwischenelemente übertragen, so dass sich eine homogenere Spannungsverteilung bei einem durch eine Bremsung eingeleiteten Moment ergibt. Um eine schwimmende Lagerung auch bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung des Reibrings und des Bremsscheibentopfs zu gewährleisten, sind bevorzugt Spalte zwischen dem aus den Ringsegmenten gebildeten Innenring und dem Bremsscheibentopf sowie an geeigneten Stellen der Verzahnung vorzusehen.
Eine Schirmung des Reibringes und ein damit einhergehender ungleicher Verschleiß von Bremsbelägen kann verringert werden, wenn die Zwischenelemente in ihrer axialen Ausdehnung lediglich eine Teilbreite des Reibrings einnehmen. Unter einer Schirmung ist dabei eine Krümmung des Reibringes durch die Wechselwirkung zwischen den durch eine Erhitzung des Reibrings verursachten Zugspannungen und den durch die Zwischenelemente auf den Reibring ausgeübten Haltekräften zu verstehen.
Insbesondere bei Reibringen, die aus zwei Reibringhälften und sich zwischen diesen erstreckenden Stegen zur Schaffung einer Innenbelüftung bestehen, ist es von Vorteil, wenn die Zwischenelemente zumindest in etwa eine axiale Abmessung aufweisen, die dem durch die Stege bestimmten Abstand der Reibringhälften entspricht. Sie lassen sich dann als Fortsätze der die beiden Reibringhälften beabstandenden Stege der Innenbelüftungseinrichtung ausbilden. Mit der Formulierung – zumindest in etwa – kommt dabei zum Ausdruck, dass zwischen einer Reibringhälfte und einem Zwischenelement durchaus ein Formschluss in einem Übergangsbereich denkbar ist. Insbesondere sind Zwischenelemente möglich, deren Abmessung in axialer Richtung weniger als das 1,2-fache des axialen Abstands der beiden Reibringhälften beträgt.
Um zu gewährleisten, dass der Reibring auch unter Beaufschlagung eines Drehmomentes während einer Bremsung weiterhin in axialer Richtung verschiebbar bleibt, ist es von Vorteil, die Zähne der bremsscheibentopfseitigen Zahnanordnung an ihren Zahnflanken mit Aussparungen zu versehen, in die Gleitplatten eingebracht sind. Solche Gleitplatten stehen über die Oberfläche der eigentlichen Zahnflanken hinaus und bilden somit den eigentlichen Kontaktbereich zwischen Bremsscheibentopf und Reibring. Gleitplatten können durch Kleben, Löten, Verschrauben oder ähnliches in den Aussparungen fixiert werden. Eine Gleitplatte zeichnet sich dadurch aus, dass der Reibbeiwert zwischen einer Gleitplatte und dem die korrespondierende Zahnlücke aufweisenden Material des Zwischenelements kleiner ist als der Reibbeiwert zwischen dem Material des Zahns selbst und dem Material des Zwischenelements. Als Alternative zu Gleitplatten ist auch denkbar, Oberflächenbereiche der Zähne der Zahnanordnung durch partielle Oberflächenbehandlung hinsichtlich Härte, Verschleiß und Reibbeiwert zu verbessern.
Die durch die schwimmende Lagerung des Reibrings auf dem Bremsscheibentopf ermöglichte axiale Auslenkung des Reibrings, d. h. der Gleitweg des Reibrings auf dem Bremsscheibentopf, ist vorzugsweise durch Anschlagelemente begrenzt. Dadurch ist gewährleistet, dass sich der Reibring in axialer Richtung stets in einer Position auf dem Bremsscheibentopf befindet, aus der heraus eine zuverlässige Übertragung eines durch Bremsung eingeleiteten Drehmoments vom Reibring auf den Bremsscheibentopf möglich ist. Auch ist bei einer Montage sichergestellt, dass der Reibring nicht vom Bremsscheibentopf herunter fällt.
Vorzugsweise wird der Reibring durch eine Federanordnung in einer vorbestimmten Position auf dem Gleitweg gehalten, die der Reibring nach einer Bremsung dadurch selbständig wieder einnimmt. So wird verhindert, dass sich der Reibring selbständig einem Bremsbelag nähert und Kratz- oder Quietschgeräusche entstehen.
Die Zahnflanken der Zähne der bremsscheibentopfseitigen Zahnanordnung können in verschiedener Weise ausgeformt sein. Die beiden den bremsscheibentopfseitigen Formschluss bildenden Oberflächen der Zahnflanken können zum einen parallel ausgerichtet sein (Zähne mit rechteckigem Querschnitt) oder in einem spitzen Winkel zueinander ausgerichtet sein (Zähne mit dreieckigem oder trapezförmigen Querschnitt). Es ist auch die Ausbildung einer Evolventenverzahnung denkbar.
Im Folgenden wird ein Weg zum Ausführen der beanspruchten Erfindung durch ein Beispiel und anhand von Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Frontansicht einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe,
2 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Bremsscheibe aus 1, und
3 eine perspektivische Ansicht eines Bremsscheibentopfes einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe.
Die in 1 gezeigte Frontansicht einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe zeigt einen Bremsscheibentopf 1, auf dem ein Reibring 2 schwimmend gelagert ist. Von der Innenseite des Reibrings 2 stehen radial nach innen Zwischenelement 3 ab. In den Zwischenelementen 3 sind Zahnlücken angeordnet, in die Zähne 4 einer am Bremsscheibentopf 1 ausgebildeten Zahnanordnung greifen. Zwischen den Zwischenelementen 3 erstrecken sich bremsscheibentopfseitig Ringsegmente 5. Zwischen den Ringsegmenten 5 und dem Bremsscheibentopf 1 ist ein Spalt 6 ausgebildet. Ebenso ist im Bereich des Eingriffs zwischen den Zähnen 4 und den Zwischenelementen 3 ein Spalt 7 vorhanden.
Der Bremsscheibentopf 1 kann in verschiedenen Materialien und durch unterschiedliche Produktionsprozesse ausgeführt hergestellt sein. Zur Erlangung eines Leichtbaupotentials kann der Bremsscheibentopf insbesondere in einem Urformverfahren, beispielsweise durch Druckguss, aus einer Aluminiumlegierung mit anschließender spanender Bearbeitung hergestellt werden. Eine andere Variante sieht vor, den Bremsscheibentopf aus einem Stahlblech durch Umformung und weiterer Bearbeitung herzustellen.
In 2 ist die erfindungsgemäße Bremsscheibe aus der 1 in perspektivischer Darstellung zu sehen. Der Reibring 2 besteht aus zwei Reibringhälften 21, 22, die durch Stege 23 in axialer Richtung voneinander beabstandet sind. In die so zwischen den beiden Reibringhälften 21, 22 ausgebildete Innenbelüftungseinrichtung kann kühlende Frischluft von den Freiräumen zwischen den Zwischenelementen 3 her einströmen. Ein solcher Eintrittsbereich für Frischluft ist mit den Bezugszeichen 24 gekennzeichnet. Zu erkennen ist des Weiteren, dass die Abmessung der Zwischenelemente 3 in axialer Richtung ungefähr dem Abstand der beiden Reibringhälften 21, 22 entspricht. Auch sind Übergangsbereiche zwischen der in der Figur vorne befindlichen Reibringhälfte 21 und den Zwischenelementen 3 erkennbar. Die übrigen Bezugszeichen beziehen sich auf Elemente, die bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert wurden.
In der 3 ist eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bremsscheibentopfs 1 gezeigt. Die Flanken der Zähne 4 der Zahnanordnung des Bremsscheibentopfs 1 weisen Aussparungen 8 auf, in die Gleitplatten 9 eingelegt sind. Zwischen den Zähnen sind entlang eines Umfangs des Bremsscheibentopfs 1 Anschlagelemente 10 ausgebildet. Würde ein erfindungsgemäßer Reibring mit Ringsegmenten zwischen seinen Zwischenelementen auf den gezeigten Bremsscheibentopf 1 von in der 3 hinten aufgeschoben, würde der Gleitweg des Reibrings auf dem Bremsscheibentopf 1 in axialer Richtung dadurch nach vorn hin begrenzt, dass die Ringsegmente des Reibrings an den Anschlagelementen 10 in Anlage kämen.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungen der Erfindung verdeutlichen, wie eine bessere Luftzufuhr zur Innenbelüftung des Reibrings ermöglicht wird und gleichzeitig die Übertragung eines hohen Drehmoments bei einer Bremsung vom Reibring auf den Bremsscheibentopf ermöglicht wird.

1: Bremsscheibentopf
2: Reibring
3: Zwischenelement
4: Zahn
5: Ringsegment
6, 7: Spalt
8: Aussparung
9: Gleitplatte
10: Anschlagelement
21, 22: Reibringhälfte
23: Steg
24: Eintritt Innenbelüftung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10125111 B4 [0001, 0005]
- DE 10025102 C1 [0006]

Claims

Bremsscheibe mit einem Reibring (2), welcher mit einem Bremsscheibentopf (1) über eine Verzahnung verbunden ist, welche eine bremsscheibentopfseitige Zahnanordnung umfasst, die mit einer reibringseitigen Zahnlückenanordnung in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnlücken der reibringseitigen Zahnlückenanordnung in Zwischenelementen (3) ausgebildet sind, welche von einer im radialen Abstand zur bremsscheibentopfseitigen Zahnanordnung angeordneten Innenseite des Reibrings (2) radial nach innen abstehen und in einem gegenseitigen Abstand zueinander angeordnet sind.
Bremsscheibe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei in Umlaufrichtung des Reibrings (2) benachbart angeordnete Zwischenelemente (3) an ihren jeweiligen dem Bremsscheibentopf zugewandten Enden über ein zugeordnetes Ringsegment (5) miteinander verbunden sind.
Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenelemente (3) in axialer Richtung lediglich über eine Teilbreite des Reibrings (2) verlaufen.
Bremsscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (2) zwei in axialer Richtung beabstandete Reibringhälften (21, 22) umfasst und die Abmessung der Zwischenelemente (3) in axialer Richtung zumindest in etwa dem Abstand der beiden Reibringhälften (21, 22) entspricht.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zähne (4) der bremsscheibentopfseitigen Zahnanordnung an ihren Zahnflanken Aussparungen (8) aufweisen, in die Gleitplatten (9) eingebracht sind.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Bremsscheibentopf (1) Anschlagelemente (10) ausgebildet sind, die einen Gleitweg des Reibrings (2) auf dem Bremsscheibentopf (1) in axialer Richtung des Reibrings (2) begrenzen.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federanordnung eine Kraft auf den Reibring (2) ausübt, die abhängig von der Position des Reibrings (2) entlang eines Gleitwegs des Reibrings (2) auf dem Bremsscheibentop (1) in axialer Richtung des Reibrings (2) ist.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf (1) durch ein Umform-. Oder durch ein Urformverfahren hergestellt ist.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bremsscheibentopfseitigen Zahnanordnung mit der reibringseitigen Zahnlückenanordnung eine Evolventenverzahnung bildet.
Scheibenbremse mit einer Bremsscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche.