DE102009012216A1

DE102009012216A1 - Bremsscheibe

Info

Publication number: DE102009012216A1
Application number: DE102009012216A
Authority: DE
Inventors: Ralph Dr.-Ing. Mayer; Matthias Mitschang
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-03-07
Filing date: 2009-03-07
Publication date: 2010-09-09
Also published as: CN102341612A; JP2012519806A; US20120085603A1; WO2010102704A1; EP2404075A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe (10) für einen Kraftwagen, mit einem Bremsscheibentopf (12) und einem zu diesem koaxial angeordneten Reibring (14), wobei eine äußere Mantelfläche (38) des Bremsscheibentopfes ein Profil aufweist, welches zur Drehmomentübertragung in ein komplementäres Profil einer inneren Mantelfläche (40) des Reibringes (14) eingreift, und wobei der Reibring (14) axial gesichert an dem Bremsscheibentopf (12) angeordnet ist, wobei an der äußeren Mantelfläche (38) des Bremsscheibentopfes (12) wenigstens eine Lasche (42) zur axialen Sicherung ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für einen Kraftwagen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
So genannte Verbundbremsscheiben, also Bremsscheiben, deren Reibring und Bremsscheibentopf aus unterschiedlichen Materialien bestehen, sind allgemein bekannt. Eine solche ist beispielsweise in der DE 198 30 666 A1 offenbart. Verbundbremsscheiben finden zunehmend Verwendung, da durch die Trennung von Bremsscheibentopf und Reibring die genannten Teile jeweils für sich genommen für ihren Einsatz optimiert werden können. So ist es beispielsweise möglich, Reibringe aus Gusseisen, welches hervorragende tribologische und Wärmeleiteigenschaften aufweist, mit Bremsscheibentöpfen aus Blech zu kombinieren, um so die gesamte Bremsscheibe leichter zu gestalten und damit die ungefederte Masse eines Kraftwagens mit einer solchen Bremsscheibe zu verringern.
Um den Bremsscheibentopf an den Reibring zu fügen, lehrt die DE 198 30 666 A1 ein Profil an einem Innenumfang des Reibrings vorzusehen und den Bremsscheibentopf durch Innenhochdruckumformen an dieses Profil anzupressen.
Nachteiligerweise ist das Innenhochdruckumformen ein aufwändiger Prozess, der mit relativ hohen Herstellungskosten verbunden ist. Da durch das Innenhochdruckumformen des Bremsscheibentopfes ein spielfreier Sitz des Reibringes am Bremsscheibentopf sowohl in radialer als auch in axialer Richtung entsteht, sind derart gefügte Bremsscheiben weiterhin mit dem Nachteil behaftet, dass kein Spielraum zur Kompensation von unterschiedlicher Wärmeausdehnung von Reibring und Bremsscheibentopf besteht.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Bremsscheibe nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiterzuentwickeln, dass ihre Herstellung vereinfacht wird und größere konstruktive Spielräume bei der Ausgestaltung von axialer und radialer Sicherung von Bremsscheibentopf gegen Reibring eröffnet werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Bremsscheibe mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Eine solche Bremsscheibe weist einen Bremsscheibentopf und einen zu diesem koaxial angeordneten Reibring auf, wobei eine äußere Mantelfläche des Bremsscheibentopfes ein Profil aufweist, welches zur Drehmomentübertragung in ein komplementäres Profil einer inneren Mantelfläche des Reibrings eingreift. Weiterhin ist eine axiale Sicherung des Reibringes gegenüber dem Bremsscheibentopf vorgesehen. Erfindungsgemäß wird diese axiale Sicherung durch wenigstens eine Lasche an der äußeren Mantelfläche des Bremsscheibentopfes bereitgestellt.
Im Gegensatz zum Stand der Technik übernimmt das Profil des Bremsscheibentopfes somit nur die Funktion der radialen Sicherung, also der Drehmomentübertragung zwischen Bremsscheibentopf und Reibring. Die axiale Sicherung wird durch ein getrenntes Element, nämlich eine Lasche ausgeführt. Im Gegensatz zu anderen bekannten Methoden der axialen Sicherung – wie beispielsweise Nieten, Bolzen, Schrauben – sind keine zusätzlichen Verbindungselemente nötig, um den Reibring am Bremsscheibentopf in axialer Richtung gesichert zu halten. Dies vereinfacht die Herstellung der Bremsscheibe und spart dadurch Kosten ein.
In einer weiteren Ausführungsform kann ebenso auf Zusatzelemente zur axial gerichteten Sicherung verzichtet werden, indem der Topf gegenüber dem Reibring mit einem im Temperaturgebiet beim Bremsen ausreichend dimensionierten Übermaß gefügt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Lasche zur axialen Sicherung aus der Wandung des Bremsscheibentopfes ausgestanzt und umgebogen. Dies kann vorteilhafterweise in einem einzigen Arbeitsschritt mit einem geeigneten Werkzeug erfolgen, so dass eine besonders einfache Herstellung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe ermöglicht ist.
Die Lasche kann alternativ in eine Öffnung des Reibringes eingreifen oder an einer Fläche des Reibringes anliegen. Es besteht somit die konstruktive Freiheit bei der Axialsicherung des Reibringes gegenüber dem Bremsscheibentopf auch ein gewisses Spiel vorzusehen, also eine zumindest teilweise schwimmende Lagerung zu realisieren. Dadurch können beispielsweise unterschiedliche Wärmeausdehnungen von Reibring und Bremsscheibentopf in dessen Betrieb kompensiert werden.
Alternativ kann die Funktion eines axial orientierten Anschlags auch eine Durchsetzung erfüllen, welche ebenso in einem Arbeitsschritt realisierbar ist. Dadurch können bei Bedarf auch höhere Axialkräfte als bei radial ausgeformten Laschen abgestützt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an einer Kante der äußeren Mantelfläche des Bremsscheibentopfes wenigstens ein radial abragendes Halteelement ausgebildet, welches an einer Stirnfläche des Reibrings anliegt. Damit wird eine zusätzliche Sicherung des Reibringes in axialer Richtung gewährleistet, wobei wiederum keine zusätzlichen Verbindungselemente notwendig sind. Genau wie die bereits geschilderte Lasche an der äußeren Mantelfläche kann dieses Halteelement durch einen einfachen, einschrittigen Umformprozess erzeugt werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Profile von Reibring und Bremsscheibentopf als Verzahnung ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders gute und belastungsarme Drehmomentübertragung zwischen Bremsscheibentopf und Reibring.
Die Möglichkeit der axialen Ausdehnung bietet darüber hinaus ein Halteelement, das lediglich teilweise am Reibring anliegt und im Zwischenbereich einen Abstand in Größenordnung der thermischen Reibringausdehnung bzw. des Axialverschiebungsbedarfs aufweist. Dadurch ist ein elastisch-plastischer Charakter des Anschlags gewährleistet. In der Kombination von Lasche und Halteelement ergibt sich eine besonders präzise geometrische Positionierung zwischen Bremsscheibe und Reibring, welche den unerwünschten Planschlag der Bremsscheibe vermindert. Die axiale Verschiebbarkeit zwischen den beiden Bauteilen wird hierbei bevorzugt durch ein Übermaß des Bremsscheibentopfes verhindert.
Bevorzugt beträgt ein Flankenwinkel der Verzahnung des Bremsscheibentopfes 55° bis 65°. Die Verzahnung ist dabei bevorzugterweise asymmetrisch ausgebildet, wobei eine Lückenweite der Verzahnung des Reibrings 4,5 bis 6 mm und eine Lückenweite der Verzahnung des Bremsscheibentopfes 7,5 bis 9,5 mm beträgt. Durch eine derartige engmaschige und asymmetrische Verzahnung kann besonders materialsparend eine Maximierung des Torsionswiderstandsmomentes zwischen Bremsscheibe und Reibring realisiert werden.
Bevorzugterweise besteht der Bremsscheibentopf aus Stahl. Dabei wird vorteilhaft elektrochemische Korrosion bei der Verbindung des Bremsscheibentopfes mit einem Reibring aus Gusseisen vermieden.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Kraftwagen mit einer Bremsscheibe der beschriebenen Art.
Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe;
2 eine Detailansicht der axialen und radialen Sicherungselemente einer solchen Bremsscheibe und
3 eine Schnittdarstellung durch die Verzahnung zwischen Bremsscheibentopf und Reibring eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe.
4A und B eine Detailansicht der axialen und radialen Sicherungselemente einer solchen Bremsscheibe in einer alternativen Ausführungsform.
Eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Bremsscheibe umfasst einen Bremsscheibentopf 12 und einen Reibring 14. Der Reibring besitzt zwei Reibflächen 16, 18, welche im Betrieb der Bremse in tribologischen Kontakt mit den Bremsbacken kommen. Aufgrund der besonders guten Reibeigenschaften sind solche Reibringe 14 in der Regel aus Gusseisen, insbesondere Grauguss gefertigt. Um die im Bremsbetrieb auftretende Wärme abzuleiten, ist der Reibring 14 als innenbelüfteter Reibring ausgeführt und besteht aus zwei Reibringhälften 20, 22 welche über Verbindungsnoppen 24, die der Übersichtlichkeit halber nicht alle bezeichnet sind, miteinander verbunden sind. Dadurch bilden sich zwischen den Reibringhälften 20, 22 Kanäle 26 aus, durch die Umgebungsluft strömen kann und so Wärme abführen kann. Auch in den Reibringhälften 20, 22 sind jeweils Kanäle 28 eingebracht, welche in die Kanäle 26 münden und auf den Reibflächen 16, 18 austreten, um die Luftdurchströmung des Reibrings 14 weiter zu verbessern.
Der Bremsscheibentopf 12 weist eine Stirnfläche 30 auf, in die Öffnungen 32, 34 eingebracht sind, um den Bremsscheibentopf so mit einer Nabe zu verbinden. Weiterhin besitzt der Bremsscheibentopf 12 eine Mantelwandung 38, über welchen der Bremsscheibentopf 12 mit dem Reibring 14 verbunden wird. Da an den Bremsscheibentopf 12 keine Anforderungen hinsichtlich seiner Reibeigenschaften gestellt sind, kann dieser zur Gewichtseinsparung anstelle aus Gusseisen aus Blech, beispielsweise Stahlblech ausgeführt sein. Um Bremsscheibentopf 12 und Reibring 14 gegeneinander zu sichern, weist die Mantelwandung 38 des Bremsscheibentopfes 12 ein Zahnprofil auf, welches in eine komplementäres Profil einer inneren Mantelwandung 40 des Reibringes 12 eingreift. Dadurch wird eine radiale Sicherung des Reibringes 14 gegenüber dem Bremsscheibentopf 12 erzielt, so dass Drehmomente zwischen den beiden Teilen 12, 14 übertragen werden können. Um eine axiale Sicherung zwischen Bremsscheibentopf 12 und Reibring 14 herzustellen sind aus der Mantelwandung 38 Laschen 42 ausgestanzt, welche in komplementäre Öffnungen des Reibringes 14, die in der Zeichnung nicht zu erkennen sind, eingreifen. Eine weitere axiale Sicherung wird durch Halteelemente 44 erzeugt, welche an der Kante 46 der Mantelwandung 38 radial nach außen abragen und an der Innenfläche 48 der Reibringhälfte 22 anliegen. Alternativ können die Laschen 42 auch nicht in Aufnahmeöffnungen der Reibringhälfte 22 eingreifen, sondern vielmehr an der Reibfläche 18 der zweiten Reibringhälfte 22 anliegen. Durch die jeweiligen Abstände zwischen Laschen 42 und Halteelementen 44 kann eine schwimmende Lagerung des Reibringes 14 am Bremsscheibentopf 12 erzielt werden, so dass ein gewisses Spiel in axialer Richtung bestehen bleibt. Damit können beispielsweise unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Reibrings 14 und des Bremsscheibentopfes 12 ausgeglichen werden.
Wie 3 zu entnehmen ist, ist die Verzahnung zwischen Reibring 14 und Bremsscheibentopf 12 asymmetrisch ausgebildet, wobei die Zähne 50 des Bremsscheibentopfes 12 schmaler ausgeführt sind als die Zähne 52 des Reibringes 14. Die Lückenweite d1 der Verzahnung des Reibringes 14 beträgt dabei 4,5 bis 6 mm, die Lückenweite d2 der Verzahnung des Bremsscheibentopfes 12 7,5 bis 9,5 mm. Der Flankenwinkel α der Verzahnung des Bremsscheibentopfes liegt zwischen 55° und 65°. Durch eine derartige asymmetrische und engmaschige Verzahnung von Bremsscheibentopf 12 und Reibring 14 wird eine besonders gute und verschleißarme Drehmomentenübertragung zwischen Bremsscheibentopf 12 und Reibring 14 erzielt.
4A und B zeigen eine alternative Ausführungsform, bei welcher eine Lasche 52 an der Kante der Mantelwandung des Bremsscheibentopfes den Reibring umgreift, wobei eine Gegensicherung durch einen Anschlag 54 bereitgestellt wird.
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 19830666 A1 [0002, 0003]

Claims

Bremsscheibe (10) für einen Kraftwagen, mit einem Bremsscheibentopf (12) und einem zu diesem koaxial angeordneten Reibring (14), wobei eine äußere Mantelfläche (38) des Bremsscheibentopfes ein Profil aufweist, welches zur Drehmomentübertragung in ein komplementäres Profil einer inneren Mantelfläche (40) des Reibringes (14) eingreift, und wobei der Reibring (14) axial gesichert an dem Bremsscheibentopf (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der äußeren Mantelfläche (38) des Bremsscheibentopfes (12) wenigstens eine Lasche (42) zur axialen Ausrichtung ausgebildet ist.
Bremsscheibe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (42) zur axialen Sicherung aus der Wandung (38) des Bremsscheibentopfes (12) ausgestanzt und umgebogen ist.
Bremsscheibe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Durchsetzung (54) in der Wandung (38) des Bremsscheibentopfes (12) zur axialen Ausrichtung vorgesehen ist.
Bremsscheibe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (42) in eine Öffnung des Reibringes (14) eingreift oder an einer Fläche (18) des Reibringes (14) anliegt.
Bremsscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Kante (40) der äußeren Mantelfläche (38) des Bremsscheibentopfes (12) wenigstens ein radial abragendes Halteelement (44, 52) ausgebildet ist, welches wenigstens teilweise an einer Stirnfläche (46) des Reibrings (14) anliegt.
Bremsscheibe (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (44, 52) und/oder die Lasche (44) durch Umformung erzeugten elastisch-plastischen Charakter aufweist.
Bremsscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile von Reibring (12) und Bremsscheibentopf (14) als Verzahnung ausgebildet sind.
Bremsscheibe (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flankenwinkel (α) der Verzahnung des Bremsscheibentopfes (12) 55° bis 65° beträgt.
Bremsscheibe (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung zwischen Reibring (12) und Bremsscheibentopf (14) asymmetrisch ausgebildet ist.
Bremsscheibe (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lückenweite (d1) der Verzahnung des Reibrings (14) 4,5 bis 6 mm beträgt.
Bremsscheibe (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lückenweite (d2) der Verzahnung des Bremsscheibentopfes (12) 7,5 bis 9,5 mm beträgt.
Bremsscheibe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf (12) aus Stahl ausgebildet ist.
Kraftwagen mit einer Bremsscheibe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.