DE102012007117A1

DE102012007117A1 - Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102012007117A1
Application number: DE201210007117
Authority: DE
Inventors: Christoph Saame
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2013-10-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem radial inneren, auf einer Fahrzeugachse bzw. einem Fahrzeugrad anbringbaren Tragteil (2) und mit einer radial äußeren belüfteten Reibscheibe (1), die über sich in Radialrichtung nach innen erstreckende Verbindungsstege (7, 8) mit dem Tragteil (2) verbunden ist. Die Verbindungsstege (7, 8) stehen in Umlaufrichtung der Bremsscheibe wechselseitig in zwei unterschiedlichen Axialpositionen von der Reibscheibe (1) ab, so dass am Rand des Tragteils (2) große Belüftungsöffnungen realisierbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für eine Bremsscheibe eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bremsscheiben für Fahrzeuge können während eines Bremsvorganges hohen thermomechanischen Belastungen ausgesetzt sein, weshalb zur besseren Kühlung zwischen den gegenüberliegenden Reibflächen der Bremsscheibe innen einliegende Kühlrippen vorgesehen sein können. Eine solche innenbelüftete Bremsscheibe ist aus der EP 1 972 823 A1 bekannt, die zwei über im Wesentlichen radial ausgerichteten Kühlrippen miteinander verbundene Reibringe besitzt. Über die zwischen den Kühlrippen ausgebildeten Kühlkanäle kann Wärme an die Umgebung abgeführt werden, wobei eine möglichst gute Belüftung der Kühlkanäle anzustreben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs anzugeben, die ein verbessertes thermomechanische Verhalten besitzt, und zwar bei reduziertem Gewicht, bei optimaler Luftzufuhr und günstigem Herstellverfahren.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 wird eine Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, erhalten, die aufgrund der wechselseitigen Anordnung der Verbindungsstege und der am Rand des Tragteils vorgesehenen Belüftungsöffnungen eine verbesserte Belüftung der Scheibenbremse ermöglicht. Somit ergibt sich eine wechselseitige Anbindung der Verbindungsstege, bei der die Verbindungsstege in Umlaufrichtung der Bremsscheibe wechselseitig in zwei unterschiedlichen Axialpositionen von der Reibscheibe abstehen. Die Vorteile dieser wechselseitigen Anbindung bestehen darin, dass beim Gießen die Ausformbarkeit aus der Kokille begünstigt ist. Zudem ergibt sich durch die Belüftungsöffnungen eine verbesserte Belüftung der Reibscheibe ausgehend von der Innenseite des topfförmigen Tragteils. Der Reibring kann gegebenenfalls über einen Ringspalt radial nach außen vom topfförmigen Tragteil beabstandet sein. Die Ringspalt-Breite kann dabei beispielhaft in einem Bereich von 0 bis 10 mm liegen.
Außerdem ergibt sich ein Packageoptimierungspotential, da die Verbindungsstelle zwischen Reibring und Tragteil in radialer Richtung weniger Platz beansprucht. Auf diese Weise können relativ kleine Bremsscheiben für einen stark begrenzten Einbauraum hergestellt werden.
Bevorzugt ist der Gesamtaufbau der Bremsscheibe, mit Ausnahme der in Umfangsrichtung versetzten Anordnung der Verbindungsstege, spiegelsymmetrisch zu einer zur Rotationsachse rechtwinkligen Symmetrieachse. Ein solcher spiegelsymmetrischer Aufbau begünstigt in Verbindung mit dem radialen Freiheitsgrad das thermische Verhalten (insbesondere die sogenannte Schirmung) der Bremsscheibe.
Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, sind zu beiden Seiten der Symmetrieachse jeweils in Umfangsrichtung aneinander gereihte Verbindungsstege angeordnet. Die Verbindungsstege dieser beiden Verbindungssteg-Reihen sind in Umfangsrichtung jeweils um einen ersten Teilungswinkel Δα₁ zueinander versetzt. Zudem sind die Verbindungsstege jeder Verbindungssteg-Reihe über zweite Teilungswinkel Δα₂ in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Die beiden Teilungswinkel können zur Beeinflussung des Schwingungsverhaltens der Bremsscheibe konstant sein oder in Umfangsrichtung variieren.
Zur weiteren Verbesserung der Belüftung der Bremsscheibe ist vorgesehen, dass das Tragteil, welches die Reibscheibe trägt, topfartig mit einer den Verbindungsstegen zugewandten zylindrischen Seitenwand ausgebildet ist, in der Belüftungseinschnitte oder anderweitig ausgebildete, sich bis zum Rand der Seitenwand erstreckende Belüftungsöffnungen vorgesehen sind. Die Belüftungseinschnitte bilden dabei besonders große Belüftungsöffnungen, wenn der Verlauf des Randes der Seitenwand gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an die Position der Verbindungsstege angepasst ist. Stehen die Verbindungsstege wechselseitig in unterschiedlichen Axialpositionen ab, so lassen sich an jedem zweiten Verbindungssteg entsprechende große Einschnitte als Belüftungsöffnungen am Rand der Seitenwand realisieren.
Um besonders große Belüftungsöffnungen zu erhalten, kann der Rand der Seitenwand die Verbindungsstege jeweils nur geringfügig überdecken.
Damit Tangentialkräfte (Bremskräfte) übertragen werden können, sind die Verbindungsstege in Umfangsrichtung formschlüssig mit dem Tragteil verbunden.
Die Bremsscheibe ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung als innenbelüftete Bremsscheibe ausgebildet, deren Reibscheibe zwei axial gegenüberliegende Reibringe hat, an denen die Verbindungsstege in Richtung Tragteil an unterschiedlichen Umlaufwinkelpositionen abstehen. Eine derart aufgebaute Reibscheibe lässt sich als einstückiges Teil aus einem geeigneten Keramikmaterial herstellen. Die Reibscheibe kann auch als Graugussteil oder als Kohlefaserteil hergestellt sein. Die jeweils verwendeten Materialien können dabei anwendungsbezogen entsprechend ausgewählt werden.
Zwischen den Reibscheiben sind vorzugsweise radial ausgerichtete Kühlrippen vorgesehen, zwischen denen sich Kühlkanäle mit radial nach innen und nach außen ausgerichteten Öffnungen erstrecken. In Verbindung mit den an dem Tragteil ausgebildeten Belüftungsöffnungen wird eine optimale Belüftung der Kühlkanäle erreicht.
Die an der Reibscheibe abstehenden Verbindungsstege können fußseitig mit einer Rundung größeren Radius in die Reibscheibe übergehen. Die Rundung dient der Reduzierung von Kerbwirkung zur Vermeidung von Spannungsspitzen.
Das Tragteil, in das die Verbindungsstege eingreifen, kann vorteilhaft als Gussteil oder als ein geschmiedetes Teil hergestellt sein, wobei das Tragteil vorzugsweise aus Leichtmetall besteht. Um eine formschlüssige Verbindung mit den an der Reibscheibe abstehenden Verbindungsstegen zu erhalten, kann das Tragteil durch ein Kokillengussverfahren oder durch einen Schmiedevorgang die Verbindungsstege formschlüssig umschließen.
Die in der Axialrichtung zueinander versetzten Verbindungsstege können um einen Axialversatz im Bereich von beispielhaft 10 bis 15 mm voneinander beabstandet sein, wobei der Außendurchmesser der Bremsscheibe in einem Bereich von 300 mm bis 400 mm liegen kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen als Halbschnitt dargestellten Querschnitt einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe,
2 ein Segment der Bremsscheibe von 1 in der Seitenansicht, teilweise im Schnitt entlang der Schnittlinie AA von 1, und
3 einen Schnitt entlang der Schnittebene BB von 1.
Die in 1 dargestellte zweiteilige Bremsscheibe besteht aus einer Reibscheibe 1 und einem Tragteil 2 und ist der Einfachheit halber im Querschnitt nur oberhalb der Mittelachse 3 als Halbschnitt dargestellt. Die Reibscheibe 1 besteht aus zwei im Abstand angeordneten Reibringen 4, 5, die über Kühlrippen 6 miteinander verbunden sind. An beiden Reibscheiben 4, 5 stehen in Umlaufrichtung der Bremsscheibe wechselseitig radial ausgerichtete Verbindungsstege 7, 8 nach innen in Richtung Mittelachse 3 ab. Beide Verbindungsstege 7, 8 greifen in das topfförmige Tragteil 2 ein, und zwar in dessen zylindrische Seitenwand 9. Die Verbindungsstege 7, 8 sind vorzugsweise formschlüssig mit der Seitenwand 9 verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Reibringe 4, 5 über einen Ringspalt Δr (2) radial nach außen vom topfförmigen Tragteil 2 beabstandet.
In 2 ist die Schnittansicht entlang der Schnittlinie AA der Bremsscheibe von 1 dargestellt. Die zwischen den Reibringen 4, 5 verlaufenden Kühlrippen 6 begrenzen radial verlaufende Kühlkanäle 10, durch die Luft zur Kühlung der Bremsscheibe hindurchströmen kann. Die Verbindungsstege 7, 8 ragen mit ihrem Ende 11 radial nach innen, wodurch eine formschlüssige, jedoch keine kraftschlüssige Verbindung mit der Seitenwand 9 des Tragteils 2 erreicht wird. Dadurch ist gewährleistet, dass sich der Reibring 4, 5 abgesehen von Reibkräften frei mit Bezug auf das topfförmige Tragteil 2 bewegen kann, ohne dass anderweitig sich Kräfte aufbauen können.
Die Verbindungsstege 7, 8 sind in Umlaufrichtung der Bremsscheibe aufeinanderfolgend auf Lücke bzw. mit einem Umlaufwinkelabstand sowie in abwechselnden Axialpositionen (wechselseitig) angeordnet. In Umlaufrichtung aufeinanderfolgende Verbindungsstege 7, 8 haben jeweils den gleichen Umlaufwinkelabstand Δα₁ (3) und sind abwechselnd an den beiden in 1 mit Pfeilen markierten unterschiedlichen Axialpositionen 12, 13 positioniert. Die Verbindungsstege 7, 8 stehen somit wechselseitig an den Reibringen 4, 5 ab.
Die Bremsscheibe ist, mit Ausnahme der in Umfangsrichtung versetzten Anordnung der Verbindungsstege 7, 8, spiegelsymmetrisch zu einer zur Rotationsachse rechtwinkligen Symmetrieachse (nicht gezeigt), die in der 1 mittig zwischen den Reibringen 4, 5 verläuft. Zu beiden Seiten dieser Symmetrieachse sind jeweils in Umfangsrichtung in Reihen 19, 20 (3) die Verbindungsstege 7, 8 angeordnet. Die Verbindungsstege 7, 8 dieser beiden Verbindungssteg-Reihen 19, 20 sind in Umfangsrichtung jeweils um einen ersten Teilungswinkel Δα₁ (2 oder 3) zueinander versetzt. Zudem sind die Verbindungsstege 7, 8 einer jeden Verbindungssteg-Reihe 19, 20 über zweite Teilungswinkel Δα₂ (3) in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Die beiden Teilungswinkel Δα₁ und Δα₂ können zur Beeinflussung des Schwingungsverhaltens der Bremsscheibe konstant sein oder in Umfangsrichtung variieren.
Die in 3 dargestellte Schnittansicht entlang der Schnittlinie BB von 1 zeigt insbesondere, dass der Rand 14 des Tragteils 2 nicht durchgängig in einer zur Rotationsachse 3 rechtwinkligen Ebene verläuft, sondern in seinem Verlauf an die Axialpositionen der Verbindungsstege 7, 8 angepasst ist. Der Rand 14 der Seitenwand 9 überdeckt die Verbindungsstege 7, 8 jeweils nur geringfügig und bildet somit als Belüftungsöffnungen dienende Belüftungseinschnitte 15.
Gemäß den Figuren sind daher zu beiden Seiten der Symmetrieachse A jeweils die in Umfangsrichtung aneinander gereihten Verbindungsstege 7, 8 angeordnet. Die Verbindungsstege 7, 8 dieser beiden Verbindungssteg-Reihen sind in Umfangsrichtung jeweils um einen ersten Teilungswinkel Δα₁ zueinander versetzt. Zudem sind die Verbindungsstege jeder Verbindungssteg-Reihe über zweite Teilungswinkel Δα₂ in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Die beiden Teilungswinkel können zur Beeinflussung des Schwingungsverhaltens der Bremsscheibe konstant sein oder in Umfangsrichtung variieren.
Die in der Axialrichtung zurückgesetzten Belüftungseinschnitte 15 wechseln sich in Umfangsrichtung mit Axialvorsprüngen 18 (3) ab. Im Fahrbetrieb entstehen bei einer solchen Bremsscheiben-Geometrie die in der 1 angedeuteten Luftströme I, II, III. Von diesen sind die Luftströme I und II in Axialrichtung zueinander entgegengesetzt ausgerichtet. Die Luftströme I, II werden durch Freiräume zwischen den Verbindungsstegen 7, 8 in die Kühlkanäle 10 zwischen den Kühlrippen 6 radial nach außen geführt. Der zusätzliche Luftstrom III wird dagegen ausgehend von der Innenseite des topfförmigen Tragteils 2 durch die Belüftungseinschnitte 15 ungehindert radial nach außen in die Kühlkanäle 10 geführt.
Der dem Verbindungssteg 7 in 3 zugeordnete Belüftungseinschnitt 15 ist auch in 2 mit der entsprechenden Bezugszahl 15 gekennzeichnet. Die Kühlkanäle 10 haben radial nach innen und nach außen ausgerichtete Öffnungen 16, 17 (2), die in Verbindung mit den an dem Tragteil 2 ausgebildeten Belüftungseinschnitten 15 eine optimale Belüftung der Kühlkanäle 10 ermöglichen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind als Belüftungsöffnungen Belüftungseinschnitte 15 vorgesehen, an deren Stelle aber auch Belüftungsbohrungen, Belüftungsschlitze oder anderweitig ausgebildete Belüftungsöffnungen verwendet werden können. Das topfförmige Tragteil 2 kann beispielsweise als Gussteil hergestellt sein. Vorzugsweise besteht das Tragteil 2 aus Leichtmetall, bei dem die Formschlussverbindung mit den Verbindungsstegen 7, 8 durch einen Gießvorgang, zum Beispiel einen Umformvorgang, hergestellt werden kann. Die Reibscheibe 1 kann aus Keramikmaterial oder Kohlefasermaterial bestehen oder als Graugussteil hergestellt sein.
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

EP 1972823 A1 [0002]

Claims

Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem radial inneren, auf einer Fahrzeugachse bzw. einem Fahrzeugrad anbringbaren zylindrischen Tragteil (2), und mit einer radial äußeren belüfteten Reibscheibe (1), die über sich in Radialrichtung nach innen erstreckende Verbindungsstege (7, 8) mit dem Tragteil (2) verbunden ist, wobei Verbindungsstege (7) beidseitig mit axialem Abstand an der Reibscheibe (1) abstehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstege (7, 8) in Umlaufrichtung der Bremsscheibe wechselseitig von der Reibscheibe (1) abstehen, und dass am Rand (14) des Tragteils (2) Belüftungsöffnungen (15) vorgesehen sind.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungsstege (7, 8) zu beiden Seiten einer Symmetrieachse in Reihen (19, 20) angeordnet sind, und dass insbesondere die Verbindungsstege (7, 8) dieser beiden Verbindungssteg-Reihen (19, 20) in Umfangsrichtung jeweils um einen ersten Teilungswinkel (Δα₁) zueinander versetzt, und/oder die Verbindungsstege (7, 8) einer jeden Verbindungssteg-Reihe (19, 20) über zweite Teilungswinkel (Δα₂) in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei insbesondere die Teilungswinkel (Δα₁ und Δα₂) zur Beeinflussung des Schwingungsverhaltens der Bremsscheibe konstant sind oder in Umfangsrichtung variieren.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragteil (2) topfartig mit einer den Verbindungsstegen (7, 8) zugewandten zylindrischen Seitenwand (9) ausgebildet ist, in der Belüftungseinschnitte (15) oder anderweitig ausgebildete, sich bis zum Rand der Seitenwand (9) erstreckende Belüftungsöffnungen vorgesehen sind.
Bremsscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (14) der in Axialrichtung vom Tragteil (2) abstehenden Seitenwand (9) einen an die jeweilige Axialposition der Verbindungsstege (7, 8) angepassten Verlauf mit Belüftungseinschnitten (15) hat.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (14) der Seitenwand (9) die Verbindungsstege (7, 8) jeweils nur geringfügig überdeckt.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstege (7, 8) formschlüssig mit dem Tragteil (2) verbunden sind.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibscheibe (1) zwei axial gegenüberliegende Reibringe (4, 5) hat, an denen die Verbindungsstege (7, 8) an unterschiedlichen Umlaufwinkelpositionen abstehen.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Reibscheiben (4, 5) Kühlrippen (6) befinden, zwischen denen sich Kühlkanäle (10) mit radial nach innen und nach außen ausgerichteten Öffnungen erstrecken.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstege (7, 8) fußseitig mit Rundungen mit größeren Radien in die Reibscheibe übergehen.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibscheibe (1) aus Keramikmaterial oder Kohlefasermaterial besteht oder ein Graugussteil ist.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragteil (2) ein Gussteil oder ein in einem Umformvorgang hergestelltes Teil ist.