DE10254110A1 - Bremsscheibe mit einem Reibring aus einem im wesentlichen nichtmetallischen Werkstoff - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Bremsscheibentopf und einem Reibring aus einem im Wesentlichen nichtmetallischen Werkstoff, der an seinem Innenumfang Aussparungen aufweist, in die am Bremsscheibentopf vorgesehene Vorsprünge in Radialrichtung hineinragen. Dabei besteht jeder Vorsprung aus zumindest zwei in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden Segmenten, von denen die beiden äußeren an den ihnen benachbarten Flanken der zugeordneten Aussparung anliegen. Bevorzugt sind die Vorsprung-Segmente geringfügig federnd ausgebildet, so dass unter Belastung durch ein zu übertragendes Bremsmoment einer gewissen Größe zumindest zwei benachbarte Segmente einer Aussparung aneinander zum Anliegen kommen. In Axialrichtung betrachtet können die Vorsprünge an einem am Innenumfang des Reibrings vorgesehenen Steg oder Sicherungsring anliegen, wobei der Reibring in der anderen Axialrichtung betrachtet bevorzugt durch die in die jeweiligen Aussparungen eingeklemmten Vorsprünge gehalten ist, alternativ über einen Sicherungsring oder dergleichen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Bremsscheibentopf und einem Reibring aus einem im wesentlichen nichtmetallischen Werkstoff, der an seinem Innenumfang Aussparungen aufweist, in die am Bremsscheibentopf vorgesehene Vorsprünge in Radialrichtung hineinragen. Zum technischen Umfeld wird insbesondere auf die DE 198 30 669 A1 verwiesen.
• Es besteht die Tendenz, Fahrzeugbremsscheiben zu entwickeln, deren Reibring aus einem nichtmetallischen Werkstoff und dabei insbesondere aus kohlefaserverstärkten Kohlenstoffmaterialien (C/C) oder aus faserverstärkten Verbundkeramiken insbesondere auf der Basis von Siliziumkarbid (C/C-SiC) besteht. Der sog. Bremsscheibentopf hingegen, mit dem der Reibring am Radträger des Fzg.'s oder dgl. befestigt wird, soll weiterhin aus einem metallischen Werkstoff bestehen.
• Nun gilt es, den Reibring geeignet am Bremsscheibentopf zu befestigen, wobei naturgemäß besonders große Kräfte oder Momente in Umfangsrichtung der Bremsscheibe übertragen werden müssen. Zu berücksichtigen sind dabei insbesondere auch die unterschiedlichen Wärmedehnungen des Reibrings und des Bremsscheibentopfes, die sich bei einer unvermeidbaren Erwärmung der Bremsscheibe während deren Betriebs einstellen, und die zu unzulässig hohen Wärmespannungen führen können. Aus diesem Grunde muss die für die Momentenübertragung „feste" Verbindung zwischen dem Reibring und dem Bremsscheibentopf im Hinblick auf die unterschiedlichen Wärmedehungen dieser Elemente der Bremsscheibe gleichzeitig eine gewisse Beweglichkeit zwischen diesen Elementen gewährleisten.
• In der eingangs genannten DE 198 30 669 A1 ist eine Bremsscheibe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gezeigt, die den letztgenannten Anforderungen genügt, jedoch ist der Bauaufwand bzw. Aufwand zum Fertigen dieser bekannten Bremsscheibe relativ hoch. Eine demgegenüber verbesserte Bremsscheibe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
• Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Vorsprung aus zumindest zwei in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden Segmenten besteht, von denen die beiden äußeren an den Ihnen benachbarten Flanken der zugeordneten Aussparung anliegen. Vorteilhafte Ausund Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
• Ein Bremsscheibentopf, der erfindungsgemäß gestaltete Vorsprünge aufweist, die in geeignete Aussparungen am Innenumfang des Reibrings hineinragen, lässt sich einfach fertigen, bspw. wenn der Topf als Schmiedeteil oder Pressteil aus geeignetem Stahl oder einer geeigneten Aluminiumlegierung hergestellt wird. Die genannten Segmente der Vorsprünge sind dabei quasi federnd mit der zugehörigen Wand des Bremsscheibentopfes verbunden bzw. bilden von diesem abragende Federelemente, die quasi unter Vorspannung stehend in die jeweilige Aussparung des Reibringes hineinragen. Wenn nun jeweils ein Segment eines Vorsprunges mit seiner (in Umfangsrichtung der Bremsscheibe betrachtet) seitlichen Flanke an der zugewandten Flanke der jeweiligen Aussparung anliegt, so ist jeder genannte Vorsprung in die zugehörige Aussparung eingespannt. Zumindest in Umfangsrichtung betrachtet ist damit eine ausreichend sichere Verbindung zwischen dem Bremsscheibentopf und dem Reibring hergestellt, insbesondere unter Berücksichtigung der Tatsache, dass über dem Umfang des Topfes verteilt eine Vielzahl von mit zugehörigen Reibring-Aussparungen zusammenwirkenden Vorsprüngen, die jeweils aus zumindest zwei genannten Segmenten bestehen, vorgesehen sind. Lediglich der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass auch mehr als zwei derartige sog. Segmente vorgesehen sein können, die dann jeweils in eine einzige Aussparung hineinragen können, wobei dann, wenn sich diese genannten Segmente über die gesamte Breite oder Tiefe der Aussparung erstrecken, naturgemäß nur die in Umfangsrichtung betrachtet beiden äußeren Segmente an den ihnen benachbarten Flanken der zugeordneten Aussparung anliegen können.
• Indem erfindungsgemäß die in die Aussparungen am Reibring-Innenumfang hineinragenden Vorsprünge quasi geteilt ausgebildet sind, d.h. wie angegeben aus zumindest zwei in Umfangsrichtung (der Bremsscheibe) nebeneinander liegenden Segmenten bestehen, ist gleichzeitig eine ausreichende Ausgleichsmöglichkeit für die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen des Bremsscheibentopfes sowie des Reibringes gegeben. Zwischen den Segmenten eines Vorsprunges befindet sich nämlich zumindest dann, wenn kein Drehmoment zwischen dem Reibring und dem Topf übertragen wird, zwangsläufig ein im wesentlichen in Radialrichtung verlaufender Schlitz oder allgemein ein geringer Zwischenraum, der die genannten unterschiedlichen Wärmedehnungen „kompensieren", d.h. aufnehmen kann. In Abhängigkeit von den an einer konkreten Ausführungsform vorliegenden bzw. aufzunehmenden Wärmedehnungen kann die Breite des Schlitzes oder Zwischenraumes zwischen den genannten Segmenten eines Vorsprungs geeignet gewählt sein.
• Es wurde bereits erwähnt, dass die Vorsprung-Segmente geringfügig federnd ausgebildet sein können bzw. sind, wobei die entsprechende Auslegung derart sein kann, dass unter Belastung durch ein zu übertragendes Bremsmoment ab einer gewissen Größe zumindest zwei benachbarte Segmente einer Aussparung aneinander zum Anliegen kommen. Diese Segmente stützen sich dann aufeinander ab und können demzufolge das anliegende Drehmoment besser übertragen. Ferner wurde bereits erwähnt, dass jeder genannte Vorsprung über die Segmente (bevorzugt handelt es sich um zwei Segmente je Vorsprung) in die zugehörige Aussparung eingespannt ist, so dass der Reibring auch in Axialrichtung betrachtet (zumindest in einer der beiden Richtungen) durch die in die jeweiligen Aussparungen eingeklemmten Vorsprünge gehalten sein kann. In der anderen Axial-Richtung können sich die Vorsprünge aber auch an einem am Innenumfang des Reibrings vorgesehenen Steg abstützen oder an einem geeignet angeordneten Sicherungsring oder dgl. Im Übrigen kann auch eine in den beiden Axialrichtungen wirkende Abstützung durch einen oder zwei Sicherungsringe, Scheiben oder dgl. vorgesehen sein.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles weiter erläutert, wobei die beigefügte einzige Figur einen ausgeschnittenen 90°-Sektor einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe in 3D-Darstellung zeigt. Dabei ist mit der Bezugsziffer 1 der Bremsscheibentopf und mit der Bezugsziffer 2 der Reibring bezeichnet.
• Der aus einem metallischen Werkstoff bestehende Bremsscheibentopf 1 wird wie üblich durch einen Topfboden 1a sowie eine Topfwand 1b gebildet, wobei im Topfboden 1a mehrere Bohrungen 3 vorgesehen sind, die Schrauben aufnehmen können, mit Hilfe derer der Bremsscheibentopf 1 an einem Radträger eines Kraftfahrzeugs befestigt werden kann. Der bevorzugt aus Carbon-Keramik bestehende Reibring 2 ist koaxial zur Topfwand 1b angeordnet und liegt mit seinem Innenumfang 2a bzw. mit einem von diesem abragenden, umlaufenden Steg 2b auf der Topfwand 1b auf.
• Im Innenumfang 2a des Reibringes 2 sind über dem Umfang der Bremsscheibe bevorzugt gleichmäßig verteilt mehrere Aussparungen 4 vorgese hen, in die von der Topfwand 1b radial nach außen abragende Vorsprünge 1c, die ebenfalls ein Bestandteil des Bremsscheibentopfes 1 sind, hineinragen. Jeder sog. Vorsprung 1c besteht seinerseits aus (hier) zwei in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden Segmenten 5 und 6, zwischen denen sich ein ggf. geringer Spalt 7 befindet. Dieser Spalt 7 erstreckt sich dabei – ebenso wie die Segmente 5 und 6 – im wesentlichen in der Radialrichtung der Bremsscheibe und dient insbesondere – wie weiter oben erläutert wurde – zum Ausgleich der unterschiedlichen Wärmedehnungen von Bremsscheibentopf 1 und Reibring 2.
• Die beiden Segmente 5 und 6 jedes Vorsprungs 1c liegen mit ihren in Umfangsrichtung einander abgewandten Flanken zumindest dann, wenn kein Drehmoment vom Reibring 2 auf den Bremsscheibentopf 1 übertragen wird, an den Rand-Flanken der jeweils zugeordneten Aussparung 4 an und fixieren somit den Reibring 2 am Bremsscheibentopf 1. Unter Belastung durch ein zu übertragendes Drehmoment können sich jedoch – wie weiter oben ausgeführt wurde – die beiden Segmente 5 und 6 aufeinander abstützen, so dass dann der Spalt 7 im wesentlichen verschwindet. In Axialrichtung der Bremsscheibe 1 ist eine weitere Fixierung vorgesehen, die darin besteht, dass sich die Vorsprünge 1c bzw. jedes einzelne Segment 5, 6 mit einer Seite am bereits genannten umlaufenden Steg 2b des Reibringes 2 abstützt bzw. abstützen. Sollte in der entgegengesetzten Axial-Richtung eine weitere Fixierung erforderlich sein, so kann diese auf eine grundsätzlich bekannte Weise ergänzt werden. Bevorzugt jedoch sind die Vorsprünge 1 bzw. Segmente 5, 6 derart federnd ausgebildet, dass ohne Drehmomentübertragung unter Zuhilfenahme des Steges 2b der Reibring 2 ausreichend fest auf dem Bremsscheibentopf 1 sitzt, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details insbesondere konstruktiver Art abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (4)

1. Bremsscheibe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Bremsscheibentopf (1) und einem Reibring (2) aus einem im wesentlichen nichtmetallischen Werkstoff, der an seinem Innenumfang (2a) Aussparungen (4) aufweist, in die am Bremsscheibentopf (1) vorgesehene Vorsprünge (1c) im wesentlichen in Radialrichtung hineinragen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Vorsprung (1c) aus zumindest zwei in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden Segmenten (5, 6) besteht, von denen die beiden äußeren an den ihnen benachbarten Flanken der zugeordneten Aussparung (4) anliegen.
2. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprung-Segmente (5, 6) geringfügig federnd ausgebildet sind, so dass unter Belastung durch ein zu übertragendes Bremsmoment einer gewissen Größe zumindest zwei benachbarte Segmente (5, 6) einer Aussparung (4) aneinander zum Anliegen kommen.
3. Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (1c) in Axialrichtung betrachtet an einem am Innenumfang (2a) des Reibrings (2) vorgesehenen Steg (2b) anliegen und/oder durch einen Sicherungsring oder dgl. gehalten sind.
4. Bremsscheibe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (2) zumindest einseitig in Axialrichtung betrachtet durch die in die jeweiligen Aussparungen (4) eingeklemmten Vorsprünge (1c) gehalten ist.