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Die Erfindung betrifft eine Verbundbremsscheibe für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbundbremsscheibe.
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Herkömmliche Verbundbremsscheiben sind als standardisierte Baugruppen für die Verwendung in Personenkraftwagen verschiedenster Bauart ausgelegt und bestehen in der Regel aus einem Bremsscheibentopf aus Metall und einem auf diesem befestigbaren Reibring. Der fachsprachliche Gebrauch umfasst unter dem Begriff „Bremsscheibentopf” dabei generell jedwede topf- oder nabenartig ausgebildeten Bauteile, welche sich zur Befestigung der erfindungsgemäßen Verbundbremsscheibe an einem Kraftfahrzeug, beispielsweise an einer Radaufhängung des Kraftfahrzeugs, eignen. Gerade bei der Verwendung in Mittelklasse- oder Kleinwagen ist es wünschenswert, das Eigengewicht einer einzelnen Bremsscheibenanordnung, welche zum Abbremsen der Drehbewegung eines einzelnen Rades des Kraftfahrzeugs dient, möglichst gering zu halten. Da jedes einzelne der vier Räder des Kraftfahrzeugs individuell mit einer Bremsscheibenanordnung ausgestattet wird, macht sich eine in einer einzelnen Bremsscheibenanordnung umgesetzte Maßnahme zur Gewichtsreduzierung im gesamten Kraftfahrzeug, welches vier solcher Bremsscheibenanordnungen besitzt, bereits deutlich bemerkbar.
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Eine derartige, herkömmliche Verbundbremsscheibe offenbart etwa die
DE 10 2013 215 997 A1 . Aufgrund der unterschiedlichen im Bremsscheibentopf und im Reibring verwendeten Materialien – für den Bremsscheibentopf wird typischerweise ein Blech verwendet, für den Reibring in der Regel Grausguss- kann eine im Betrieb der Verbundbremsscheibe auftretende Variation der Temperatur zu einer unterschiedlichen räumlichen Ausdehnung des Reibrings relativ zum Bremsscheibentopf führen. Dies kann einen nachlassenden Presssitz zur Folge haben. Im Betrieb der Verbundbremsscheibe kann dies zu einer Verkippung des Reibrings relativ zum Bremsscheibentopf führen, insbesondere beim Bremsen oder bei Kurvenfahrt des die Verbundbremsscheibe verwendenden Kraftfahrzeugs.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, eine verbesserte Ausführungsform für eine Verbundbremsscheibe anzugeben, die sich durch eine verbesserte Befestigung des Reibrings am Bremsscheibentopf, insbesondere hinsichtlich einer unerwünschten Verkippung der beiden Bauteile zueinander, auszeichnet.
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Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelost. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, den am Bremsscheibentopf befestigten Reibring der Verbundbremsscheibe mit einem oder mehreren Anpresselementen auszustatten, die eine formschlüssige und zugleich reibschlüssige Verbindung, sowie zusätzliche axiale Führung des Reibrings der in den reibringseitigen Aussparungen aufgenommenen, topfseitigen Ringzähne mit dem Reibring sicherstellen.
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Eine solche formschlüssige Verbindung wirkt einer unerwünschten Minderung der Befestigungsstabilität des Reibrings am Bremsscheibentopf entgegen. Dies gilt auch bei starken Temperaturvariationen im Betrieb der Verbundbremsscheibe. Idealerweise kann auch eine unerwünschte Verkippung der beiden Bauteile zueinander ausgeschlossen werden. Der sich erfindungsgemäß ausbildende Presssitz zwischen Reibring und Bremsscheibentopf ist also wenig anfällig gegenüber starken Temperaturschwankungen von Reibring und Bremsscheibentopf im Betrieb der Verbundbremsscheibe. Die Erfindung reduziert also die Anfälligkeit der Verbundbremsscheibe für Seitenkräfte beim Bremsen oder Kurvenfahrt, trotz unterschiedlicher Temperaturausdehnung der Bauteile, was ein verbessertes Komfortverhalten bei gleichzeitiger Freiheit der Materialwahl und reduzierte Genauigkeitsanforderungen trotz auftretender Fertigungsschwankungen im Kontaktbereich der Komponenten beinhaltet.
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Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Verbundbremsscheibe nicht nur mit einem einzigen Anpresselement ausgestattet, sondern mit mehreren Anpresselementen, die auf die verschiedenen reibringseitigen Aussparungen verteilt sind. Im Idealfall ist für jede reibringseitige Aussparung ein individuelles Anpresselement vorgesehen.
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Ein weiterer Vorteil der hier vorgestellten, erfindungsgemäßen Verbundbremsscheibe besteht darin, dass die topfseitigen und ringseitigen Ringzähne mit einem gewissen Spiel vorgefertigt bzw. vorgeformt werden können; denn die eigentliche formschlüssige und zugleich reibschlüssige Verbindung zwischen reibringseitigen und topfseitigen Ringzähnen und damit verbunden die endgültige Geometrie der Verzahnung wird erst durch das Einbringen der Anpresselemente erzeugt. Die Kontur der Ringzähne wird dabei derart gewählt, dass einerseits in radialer Richtung ein hinreichender Formschluss möglich und andererseits beim Einpressen der Anpresselemente hinreichend Raum für eine Ausweich- bzw. Fließbewegung der topfseitigen Ringzähne beim Einpressen der Anpresselemente sichergestellt ist. Bei der erfindungsgemäßen Verbundbremsscheibe kann also auf ein bei herkömmlichen Verbundbremsscheibe übliches Übermaß zwischen Reibring und Bremsscheibentopf verzichtet und stattdessen eine Spielpassung gewählt werden. Dies vereinfacht den Herstellungsprozess der Verbundbremsscheibe deutlich.
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Die hier vorgestellte Verbundbremsscheibe stellt also eine stabile Befestigung von Reibring und Bremsscheibentopf bei Verwendung verschiedener Materialien für Reibring und Bremsscheibentopf und bei betriebsbedingten Temperaturschwankungen sicher.
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Besagte Anpresselemente können im Zuge des Zusammenbaus der Verbundbremsscheibe nach dem aufeinander Aufschieben bzw. Einpressen von Reibring und Bremsscheibentopf in die reibringseitigen Aussparungen eingeschoben bzw. eingepresst werden, um auf diese Weise den gewünschten Formschluss der topfseitigen Ringzähne mit dem Reibring im Bereich der reibringseitigen Aussparung den gewünschten Formschluss zu bewirken. Nach einem solchen Einschieben bzw. Einpressen kann das jeweilige Anpresselement als Teil der Verbundbremsscheibe in den reibringseitigen Aussparungen verbleiben. Ein solches Vorgehen hat eine verbesserte Aussteifung der Verbundbremsscheibe zur Folge.
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Eine erfindungsgemäße Verbundbremsscheibe für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Reibring, der auf einer Innen-Mantelfläche in Umfangsrichtung eine Mehrzahl von reibringseitigen Aussparungen und reibringseitigen Ringzähnen aufweist. Die Verbundbremsscheibe umfasst ferner einen Bremsscheibentopf, welcher auf einer Außen-Mantelfläche zu den reibringseitigen Aussparungen und reibringseitigen Ringzähnen komplementäre topfseitige Aussparungen und topfseitige Ringzähne aufweist. Die topfseitigen Ringzähne greifen in die reibringseitigen Aussparungen ein und bilden innerhalb der Aussparungen mit dem Reibring eine formschlüssige Verbindung aus. In wenigstens einer reibringseitigen Aussparung, vorzugsweise in allen reibringseitigen Aussparungen, ist auf einer von dem Reibring abgewandten Seite des in der reibringseitigen Aussparung angeordneten topfseitigen Ringzahns ein Anpresselement vorgesehen. Mit Hilfe des Anpresselements wird der topfseitige Ringzahn unter Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung gegen den Reibring gepresst.
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Besonders zweckmäßig kann das Anpresselement bolzen- oder stiftartig ausgebildet sein. Eine derartige konstruktive Realisierungsform des Anpresselements geht mit besonders geringen Fertigungskosten einher. Bei dieser Realisierungsform erstreckt sich das Anpresselement in einem in der reibringseitigen Aussparung aufgenommenen Zustand entlang der durch die Mittellängsachse des Reibrings definierten axialen Richtung.
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Zur Vereinfachung des Einschiebens bzw. Einpressens des Anpresselements in die jeweilige reibringseitige Aussparung im Zuge des Zusammenbaus der Verbundbremsscheibe erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Anpresselement die Geometrie eines Zylinders besitzt und einen axialen Endabschnitt aufweist, in welchem es sich entlang seiner axialen Richtung, insbesondere konisch, verjüngt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die reibringseitigen Aussparungen in einem Querschnitt senkrecht zu einer Mittellängsachse des Reibrings einen Hinterschnitt auf. Die Verwendung solcher Hinterschnitte wird durch die Verwendung der erfindungswesentlichen Anpresselemente, insbesondere im Zusammenhang mit reduzierten Anforderungen bezüglich der einzuhaltenden Fertigungsgenauigkeit der topfseitigen und reibringseitigen Ringzähne, überhaupt erst möglich. Die Ausbildung von reibringseitigen Aussparungen mit Hinterschnitten unterstützt im Zusammenspiel mit den erfindungsgemäßen Antriebselementen einen radialen Formschluss von Reibring und Bremsscheibentopf im Kontaktbereich. Auf diese Weise können die Anpresselemente bei geeigneter Dimensionierung und Ausbildung besonders zuverlässig in den reibringseitigen Aussparungen fixiert werden.
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Besonders zweckmäßig kann eine Länge des Anpresselements in der axialen Richtung gleich einer Erstreckungslänge der topfseitigen Ringzähne in der axialen Richtung sein. Dies hat zur Folge, dass über die gesamte Länge der Ringzähne in axialer Richtung eine stabile mechanische Verbindung zwischen Reibring und Bremsscheibentopf erzielt wird. Zudem kann eine unerwünschte Verkippung des Reibrings relativ zum Bremsscheibentopf im Betrieb der Verbundbremsscheibe besonders wirksam unterbunden werden.
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Eine besonders stabile Fixierung des Reibrings am Bremsscheibentopf und damit verbunden eine verbesserte Betriebsfestigkeit kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erzielt werden, bei welcher die topfseitigen Ringzähne innerhalb der ihr zugeordneten Aussparung des Reibrings flächig an der Innen-Mantelfläche des Reibrings anliegen.
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Besonders wirksam lässt sich eine unerwünschte Verkippung von Reibring und Bremsscheibentopf relativ zueinander, auch bei hoher Temperaturbelastung, unterdrücken, wenn in jeder reibringseitigen Aussparung ein Anpresselement bereitgestellt ist.
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In einer dazu alternativen Ausführungsform mit reduziertem Montageaufwand kann die Anzahl an Anpresselementen kleiner als die Anzahl an vorhandenen reibringseitigen Aussparungen sein. Mit anderen Worten, in diesem Szenario ist nicht jede scheibenseitige Aussparung mit einem Anpresselement ausgestattet; vielmehr sind die vorhandenen Anpresselemente derart auf die reibringseitigen Aussparungen verteilt sind, dass sich bezüglich einer Draufsicht auf eine Stirnseite der Verbundbremsscheibe eine symmetrische Anordnung ergibt. Beispielsweise wird in dieser Variante bei einem Reibring mit 36 reibringseitigen Aussparungen und mit sechs Anpresselementen entlang der Umfangsrichtung des Reibrings in jeder sechsten reibringseitigen Aussparung ein Anpresselement vorgesehen, so dass sich eine Anordnung mit einer 60°-Drehsymmetrie ergibt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in einem Übergangsbereich zwischen einem Zahnkopf und einer Zahnflanke wenigstens eines der reibringseitigen Ringzähne eine Anfasung vorhanden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform gilt dies für alle reibringseitigen Ringzähne. Alternativ oder zusätzlich ist in einem Übergangsbereich zwischen einer Zahnflanke und einem Zahnfuß wenigstens eines der reibringseitigen Ringzähne ein Radius vorhanden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform gilt dies für alle reibringseitigen Ringzähne. Mittels dieser Maßnahmen, für sich genommen oder in Kombination, unerwünschte Kerbwirkungen und Rissbildungen können im Betrieb der Verbundbremsscheibe vermieden werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer, insbesondere vorangehend erläuterten Verbundbremsscheibe.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
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1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Verbundbremsscheibe in einer Draufsicht auf eine Stirnseite der Verbundbremsscheibe,
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2 den Bremsscheibentopf der Verbundbremsscheibe in separater und perspektivischer Darstellung,
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3 den Reibring der Verbundbremsscheibe in separater und perspektivischer Darstellung,
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4 den Bremsscheibentopf und den Reibring der 2 bzw. der 3 in montiertem Zustand in einer Teilansicht,
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5 eine Detaildarstellung der Verbundbremsscheibe der 1 im Bereich ihrer reibring- und topfseitigen Ringzähne,
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6 den Reibring im Bereich einer einzigen reibringseitigen Aussparung mit darin montiertem, erfindungswesentlichem Anpresselement,
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7 die reibringseitige Aussparung der 6 vor dem Montieren des Anpresselements, in der Aussparung,
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8 eine mögliche konstruktive Realisierungsform eines Anpresselements in einer perspektivischen Ansicht.
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1 illustriert ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Verbundbremsscheibe 1 in einer Draufsicht auf ihre Stirnseite. Die Verbundbremsscheibe 1 umfasst einen Bremsscheibentopf 2 und einen auf dem Bremsscheibentopf 2 angebrachten Reibring 3. Entsprechend 2, welche den Bremsscheibentopf 2 in separater Darstellung zeigt, ist dieser topfartig ausgebildet. Der in 3 in separater Darstellung gezeigte Reibring 3 besitzt eine ringförmige Geometrie. Wie die Darstellung der 3 in Kombination mit der 1 erkennen lässt, weist der Reibring 3 auf einer Innen-Mantelfläche 4 eine Mehrzahl von reibringseitigen Aussparungen 5 auf, die sich entlang der Umfangsrichtung U des Reibrings 3 mit reibringseitigen Ringzähnen 6 abwechseln. Der 2 in Kombination mit 1 entnimmt man, dass der Bremsscheibentopf 2 auf einer Außen-Mantelfläche 7 zu den reibringseitigen Aussparungen 5 und reibringseitigen Ringzähnen 6 komplementäre, topfseitige Aussparungen 8 aufweist, die sich entlang der Umfangsrichtung U des Bremsscheibentopfs 2 mit topfseitigen Ringzähnen 9 abwechseln. Die reibringseitigen Aussparungen 5 und die reibringseitigen Ringzähne 6 sind komplementär zu den topseitigen Aussparungen 8 und topfseitigen Ringzähnen 9 ausgebildet, so dass in einem montierten Zustand der Verbundbremsscheibe 1, in welchem der Reibring 3 am Bremsscheibentopf 2 befestigt ist, die reibringseitigen Ringzähne 6 in die topfseitigen Aussparungen 8 und die topfseitigen Ringzähne 9 in die reibringseitigen Aussparungen 5 eingreifen. Ein solches Szenario zeigt die Darstellung der 4 in einer perspektivischen Teildarstellung der Verbundbremsscheibe 1 ebenso wie die bereits erwähnte 1.
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Die 5 zeigt eine Detaildarstellung der Verbundbremsscheibe 1 der 1 im Bereich ihrer scheiben- und topfseitigen Ringzähne 6, 9. Die 6 wiederum zeigt eine Detaildarstellung der in 5 mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten, jeweils identisch ausgebildeten Bereiche der Verbundbremsscheibe 1. Gemäß 6 greift der topfseitigen Ringzahn 9 in die ihm zugeordnete, komplementäre reibringseitige Aussparung 5 ein und bildet innerhalb der Aussparung 5 mit dem Reibring 3 eine formschlüssige Verbindung aus. Zur Ausbildung dieser formschlüssigen Verbindung ist auf einer von dem Reibring 3 abgewandten Seite 11 des topfseitigen Ringzahns 9 in der reibringseitigen Aussparung 5 ein Anpresselement 12 angeordnet. Mittels des Anpresselements 12 wird der topfseitige Ringzahn 9 innerhalb der jeweiligen Aussparung 5 gegen den Reibring 3 gepresst. Hierzu kann das Anpresselement 12 im Zuge des Zusammenbaus der Verbundbremsscheibe 1 in einer durch die Mittellängsachse M des Reibrings 3 definierten axialen Richtung A in die Aussparung 8 eingeschoben/eingepresst werden, nachdem der Reibring 3 in einem vorangehenden Montageschritt ebenfalls in der axialen Richtung A auf/in den Bremsscheibentopf 2 aufgeschoben/eingepresst wurde. Auch ein simultanes Einschieben/Einpressen ist denkbar.
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Zur Verdeutlichung zeigt die 7 den in 6 gezeigten Bereich der Verbundbremsscheibe 1 mit noch nicht in die Aussparung eingeschobenem Anpresselement 12. Man erkennt, das in diesem Zustand des Zusammenbaus der Verbundbremsscheibe 1 noch kein Formschluss zwischen dem topfseitigen Ringzahn 9 und dem Reibring 3 im Bereich der Aussparung 5 vorliegt. Der in 7 erkennbare Zwischenraum 13 zwischen dem Ringzahn 9 und dem Reibring 3 dient dazu, das Einpressen/Einschieben des Bremsscheibentopfs 2 in/auf den Reibring 3 zu erleichtern. Durch ein anschließendes oder gleichzeitiges Einschieben/Einpressen des geeignet dimensionierten Anpresselements 12 wird der Ringzahn 9 derart nach außen verformt, dass er unter Ausbildung des gewünschten radialen Formschlusses flächig an dem Reibring 3 anliegt. In diesem Zustand liegen die topfseitigen Ringzähne 9 innerhalb der ihr zugeordneten reibringseitigen Aussparung 5 des Reibrings 3 flächig an der Innen-Mantelfläche 4 des Reibrings 3 an. Das jeweilige Anpresselement 12 kann nach dem Einschieben in die Aussparung 5 und dem damit verbundenen Verformen des Ringzahns 9 in der jeweiligen Aussparung 5 verbleiben. Mittels dieser Maßnahme kann die mechanische Festigkeit der Verbundbremsscheibe 1 zusätzlich erhöht werden.
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Die 7 zeigt eine bevorzugte konstruktive Realisierungsform des Anpresselements 12 in einer perspektivischen Ansicht. Die 7 verdeutlicht, dass das Anpresselement 12 bolzen- oder stiftartig ausgebildet sein kann. In dem in 6 gezeigten montierten Zustand des Anpresselements 12 erstreckt sich dieses entlang der axialen Richtung A. Gemäß 7 kann das Anpresselement 12 die Geometrie eines Zylinders aufweisen. Vorzugsweise besitzt das Anpresselement 12 einen axialen Endabschnitt 14, in welchem es sich entlang seiner axialen Richtung a konisch verjüngt. Eine solche Geometrie des Anpresselements 12 erleichtert das Einschieben bzw. Einpressen in die betreffende reibringseitige Aussparung 5.
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Betrachtet man nun wieder die Darstellung der 6, so erkennt man, dass die reibringseitige Aussparungen 5 in einem Querschnitt senkrecht zur Mittellängsachse M des Reibrings 3 jeweils einen Hinterschnitt aufweisen. Diese Maßnahme gestattet eine besonders stabile Fixierung des Reibrings 3 am Bremsscheibentopf 2 auch im Falle von Temperatur-Variationen die Sicherstellung eines radialen Formschlusses zwischen Reibring 3 und Bremsscheibe 2. Gleichzeitig ermöglicht die Verwendung eines Hinterschnitts die Reduzierung die Genauigkeitsanforderungen an die Geometrie der reibringseitigen und topfseitigen Ringzähne 6, 9.
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Besonders bevorzugt ist eine Länge l des Anpresselements 12 in seiner axialen Richtung a gleich oder größer als eine Erstreckungslänge der topfseitigen Ringzähne 9 in der axialen Richtung A des Reibrings 3.
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Eine besonders guter Schutz gegen eine unerwünschte Verkippung des Reibrings 3 relativ zum Bremsscheibentopf 2, insbesondere bei hoher Temperaturbelastung, lässt sich erzielen, wenn in jeder reibringseitigen Aussparung 8 für jeden topfseitigen Ringzahn ein Anpresselement 12 vorgesehen ist. In einer Variante mit vereinfachtem Aufbau kann hingegen die Anzahl an Presselementen 12 kleiner als die Anzahl an reibringseitigen Aussparungen 5 sein. In dieser Variante sind die Anpresselemente 12 derart auf die reibringseitigen Aussparungen 5 verteilt, dass sich bezüglich einer Draufsicht auf die Stirnseite der Verbundbremsscheibe 1 eine symmetrische Anordnung der Anpresselemente 12 ergibt.
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In einer weiteren Variante des Beispiels kann in einem Übergangsbereich zwischen einem Zahnkopf und einer Zahnflanke wenigstens eines der reibringseitigen Ringzähne 6 eine Anfasung ausgebildet sein (in den Figuren nicht gezeigt). Besonders bevorzugt gilt dies für alle reibringseitigen Ringzähne 6. Alternativ oder zusätzlich kann auch in einem Übergangsbereich zwischen einer Zahnflanke und einem Zahnfuß wenigstens eines der reibringseitigen Ringzähne 6 ein Radius vorhanden sein. Besonders bevorzugt gilt dies für alle reibringseitigen Ringzähne 6. Mittels dieser Maßnahmen, für sich genommen oder in Kombination, können sowohl Rissneigung als auch Kerbwirkung in der Verbundbremsscheibe reduziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013215997 A1 [0003]