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Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe
für ein
Kraftfahrzeug mit einem Reibring und einem Befestigungskörper, an
welchem der Reibring befestigt ist. Der Befestigungskörper ist
beispielsweise eine Radnabe des Kraftfahrzeugs oder ein topfartiger Bremsscheibenkörper, der
wiederum mit einer Radnabe eines Kraftfahrzeuges verbunden wird.
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Derartige Verbundbremsscheiben sind
in vielfältiger
Form und Ausgestaltung bekannt. Die Verwendung unterschiedlicher
Materialien für
den Reibring und den Befestigungskörper erfolgt mit dem Ziel,
eine Optimierung hinsichtlich von Gewicht und Festigkeit der Teile
zu erreichen. Die hohen Temperaturen des mit den Bremsbacken eines
Bremssystems zusammenwirkenden Reibrings einerseits und andererseits
die Notwendigkeit einer hohen mechanischen Festigkeit und relativ
komplexer Formgebung des Befestigungskörpers haben dazu geführt, dass
unterschiedliche Materialien verwendet wurden. Die formschlüssige Verbindung
zwischen dem Reibring und dem Befestigungskörper ist dabei durch Vorsehen
unterschiedlichster Verbindungselemente realisiert worden:
Zum
Beispiel offenbart die deutsche Gebrauchsmusterschrift
DE 29902180 U1 eine Radnabe
mit einer Bremsscheibe, bei welcher ein Klemmverbindungsteil als
Verbindungselement vorgesehen ist, das über einen Klemmring und axiale
Befestigungsschrauben, die in entsprechende Innengewinde eingeschraubt sind,
festklemmbar ist. Nachteilig hierbei ist, dass die Herstellung relativ
aufwändig
ist, da nicht nur ein Klemmelement mit zugeordnetem Klemmring zur Herstellung
der formschlüssigen
Reibverbindung erforderlich ist, sondern dass auch Innengewinde
und passende Schrauben vorzusehen sind. Zudem sind die Verbindungs-
bzw. Befestigungsschrauben hohen Scherkräften ausgesetzt, was die Gefahr
eines Bruchs der Schrauben mit sich bringt. Die Montage, das heißt das Zusammenschrauben
der Einzelteile, ist relativ zeitaufwändig.
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Des Weiteren ist es vorgeschlagen
worden, zur Optimierung der Drehmomentübertragung zwischen einer Radnabe
und einer Bremsscheibe eine polygonale Außenkontur und eine entsprechend
konturierte polygonale Mittenöffnung
an der Bremsscheibe vorzusehen. Ein derartiges Prinzip ist z.B.
in der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 29721607 U1 beschrieben.
Die Bremsscheibe bzw. der Reibring ist hier mit einer dreieckförmigen Kontur
mit abgerundeten Ecken versehen und auf eine entsprechende Außenkontur
einer Radnabe aufgesetzt. Die Verbindung zwischen der Radnabe und
dem Reibring erfolgt hier über
axiale Befestigungsschrauben, die in entsprechende Innengewinde
des Nabenkörpers
eingeschraubt sind. Hierbei hat sich als nachteilig erwiesen, dass
aufgrund unterschiedlicher Materialien des Reibrings einerseits
und des Befestigungskörpers bzw.
der Radnabe andererseits sich unterschiedliche Wärmeausdehnungen ergeben. Hierdurch
kann es zu Spannungen zwischen den Teilen oder zu einem leichten
Spalt, d.h. einem Lösen
kommen. Der Formschluss dieser Verbindung mittels polygonaler Konturen
ist somit je nach Betriebszustand unterschiedlich, und es kann zu
Verschiebungen zwischen den Teilen kommen.
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Des Weiteren müssen die Konturen in der Mittenöffnung des
Reibrings und auf dem Außenumfang
des entsprechenden Teils an der Radnabe mit relativ geringen Toleranzen
hergestellt werden. Nicht zuletzt ist auch hier nachteilig, dass
Befestigungsschrauben und entsprechende Innengewinde für die axiale
Sicherung des Reibrings auf der Radnabe erforderlich sind. Die Anzahl
von Einzelteilen ist erhöht.
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Die Erfindung hat demgegenüber zur
Aufgabe, eine Bremsscheibe für
ein Kraftfahrzeug mit einem Reibring und einem Befestigungskörper bereitzustellen,
welche eine optimierte Drehmomentübertragung zwischen dem Reibring
und dem Befestigungskörper
bietet und in der Montage sowie in der Herstellung möglichst
einfach ausgebildet ist. Die Bremsscheibe soll geeignet sein, aus
unterschiedlichen Materialien in Form eines Verbundbauteils realisiert
zu werden und soll im Betrieb eine dauerhaft sichergestellte Drehmomentübertragung
zwischen dem Reibring und dem Befestigungskörper aufweisen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Bremsscheibe
für ein
Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Bremsscheibe mit einem Reibring
und einem Befestigungskörper
gemäß Anspruch
1 ist mit Verbindungselementen zwischen dem Reibring und dem Befestigungskörper versehen,
wobei eine polygonale Außen-
und Innenkontur für
die Drehmomentübertragung
vorgesehen sind. Die polygonale Außenkontur des Befestigungskörpers greift
formschlüssig
in die entsprechend geformte Innenkontur des Reibrings ein, und
es ist eine Mehrzahl von schlitzartigen, radialen Ausnehmungen am
Außenumfang
der polygonalen Kontur des Befestigungskörpers vorgesehen. Die Verbindungselemente
sind zur axialen Befestigung und Sicherung des Reibrings klemmend
einsetzbar. Durch das Vorsehen von schlitzartigen, radialen Ausnehmungen
in dem Polygonprofil des Befestigungskörpers kann der Reibring auf
den Befestigungskörper,
beispielsweise eine Radnabe oder einen Bremskörper, unter Vorspannung aufgesetzt
werden. Ein radiales Spiel zwischen dem Reibring und dem Befestigungskörper wird
somit auf einfache Weise über
einen größeren Temperaturbereich
auch bei unterschiedlichen Materialien gewährleistet. Die schlitzartigen,
radialen Ausnehmungen am Außenumfang
des Befestigungskörpers
haben zudem den Vorteil, dass in ihnen auf einfache Weise die Verbindungselemente
für eine
axiale Sicherung des Reibrings eingesetzt werden können. Hierdurch
sind Schraubverbindungen und entsprechende Gegenbohrungen mit einem
Gewinde überflüssig.
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Die Verbindung unter Vorspannung
zwischen dem Reibring und dem Befestigungskörper ist selbstzentrierend,
und aufgrund der polygonalen Kontur ist die Drehmomentübertragung
aufgrund einer sich ergebenden Kerbwirkung in dem Polygon verbessert.
Die Materialwahl für
den Reibring und den Befestigungskörper kann je nach den spezifischen
Anforderungen und unter Optimierung des Gewichts-/Belastungsverhältnisses
ausgewählt
werden. Hierdurch können
erhebliche Gewichtseinsparungen für die Bremse insgesamt realisiert
werden. Eine unterschiedliche Wärmeausdehnung
von Reibring und Befestigungskörper,
welche bei herkömmlichen,
polygonalen Drehmomentübertragungsverbindungen zwischen
einem Reibring und einem Befestigungselement besteht, wird erfindungsgemäß durch
die Montage des Reibrings unter Vorspannung auf den Befestigungskörper kompensiert.
Dies ist erst durch das Vorsehen von schlitzartigen, radialen Ausnehmungen
in der Außenkontur
des polygonalen Befestigungskörpers
möglich.
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Da die Verbindungselemente klemmend
in die Ausnehmungen einsetzbar sind zur axialen Befestigung und
Sicherung des Reibrings, ist eine aufwändige Bearbeitung von Teilen
für das
Vorsehen der Drehmomentübertragung
zwischen dem Reibring und dem Befestigungskörper nicht erforderlich, wie beispielsweise
das Einsetzen von Schraubhülsen und
das Vorsehen von entsprechenden Schrauben, die durch Bohrungen in
dem Reibring eingeschraubt werden müssen. Die Anzahl der Einzelteile
der Bremse ist insgesamt reduziert. Die Herstellungskosten ebenso.
Nicht zuletzt ergibt sich durch das einfache Einsetzen von Verbindungselementen
durch Klemmung eine reduzierte Montagezeit, was ebenfalls von Vorteil
ist.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist an der Innenkontur des Reibrings und an der Außenkontur
des Befestigungskörpers
mindestens abschnittsweise je eine umlaufende Nut vorgesehen, in
welche die Verbindungselemente einsteckbar sind. Durch die Federwirkung
der Verbindungselemente können
diese in die Nut eingesetzt werden und ähnlich einer Klemm-Rast-Verbindung beim
Aufsetzen des Reibrings in die entsprechende Umfangsnut am Innenumfang
des Reibrings hineinrutschen. Die Montage der Bremsscheibe ist somit denkbar
einfach und in einem einzigen Bearbeitungsschritt realisierbar.
Die axiale Befestigungssicherung ist dennoch äußerst effektiv, und der Reibring
kann sich nicht von dem Befestigungskörper lösen. Die Verbindung ist auch
lösbar,
um beispielsweise einen beschädigten
Reibring auszutauschen, indem die Federelemente gleichzeitig durch
ein Werkzeug in der radialen Ausnehmung entgegen ihrer Federwirkung
belastet werden und der Reibring kann über dem Fachmann bekannte Werkzeuge,
wie zum Beispiel einem Abnehmer, Abzieher oder dergleichen, heruntergezogen
werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung weisen die polygonalen Konturen im Wesentlichen
eine Dreiecksform auf. Eine Dreiecksform hat hinsichtlich der Drehmomentübertragung
eine optimale Keilwirkung zwischen dem Reibring und dem Befestigungskörper. Die
Form ist einfach und dementsprechend leicht mit spanenden Werkzeugmaschinen
zu realisieren. Nach einer diesbezüglichen alternativen Ausführungsform
der Erfindung sind die polygonalen Konturen in Form einer ineinandergreifenden
Verzahnung jeweils an der Außenkontur
des Befestigungskörpers
und an der Innenkontur des Reibrings vorgesehen, und es ist als Verbindungselement
ein Sprengring vorgesehen. Die Verzahnung kann zum Beispiel eine
Evolventenverzahnung sein. Die axiale Sicherung mittels eines Sprengrings
hat den Vorteil, dass die Montage weiter vereinfacht wird, da nur
ein einziges Verbindungselement bzw- mittel eingesetzt werden muss. Ein
Verzahnungsprofil weist zudem den Vorteil einer äußerst sicheren Übertragung
des Drehmoments zwischen dem Befestigungskörper und dem Reibring auf.
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Nach einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung ist das Verbindungselement bzw. sind die Verbindungselemente
mit einem Federteil versehen zum Bereitstellen einer Vorspannung
zwischen dem Befestigungskörper
und dem Reibring. Diese Vorspannung der Verbindungselemente ermöglicht einen Ausgleich
eines radialen Spiels, welches bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungen
aufgrund einer sich verändernden
Temperatur zwischen den beiden Teilen eines Reibrings und eines
Befestigungskörpers
entstehen können.
Auch bei unterschiedlichen Werkstoffkombinationen wird so ein formschlüssiger Sitz
des Reibrings auf dem Befestigungskörper jederzeit gewährleistet.
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Nach einem diesbezüglichen
Aspekt der Erfindung ist das Federteil der Verbindungselemente in Form
von Spiralfedern vorgesehen, einem bogenförmigen, federnden Abschnitt
oder einem abkragenden Federarm. Spiralfedern haben den Vorteil,
dass das Material des Verbindungselements unabhängig von seinen Federeigenschaften
ausgewählt
werden kann. Ein bogenförmiger,
federnder Abschnitt oder ein abkragender Federarm des Verbindungselementes
haben hingegen den Vorteil, dass die Verbindungselemente einstückig und
aus ein und demselben Material herstellbar sind.
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Nach einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung ist der Reibring mit einer Innenbelüftung versehen.
Die Bremse kann so auch hohen Bremsbelastungen und Temperaturen
ausgesetzt sein, wie sie beispielsweise bei Sportwagen oder Rennwagen
regelmäßig auftreten.
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Nach einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung ist der Reibring aus Grauguss gebildet
und der Befestigungskörper
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Der Reibring, welcher
großen
Wärmebelastungen
aufgrund der Reibung von Bremsbacken ausgesetzt ist, weist somit eine
optimale Be schaffenheit auf. Der Befestigungskörper, welcher weniger starken
Wärmebelastungen ausgesetzt
ist , jedoch gute mechanische Eigenschaften erfordert, kann so viel
leichter als bei herkömmlichen
Bremsscheiben ausgebildet sein.
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Alternativ ist der Reibring aus einem
Keramikwerkstoff hergestellt, wobei der Befestigungskörper aus
einem Metallwerkstoff gebildet ist. Insbesondere für extreme
Anforderungen im Motorsportbereich, in welchem auch wenige Gramm
oder Kilogramm an Gewichtseinsparung relevant sind, kann so eine
hocheffektive Bremsscheibe mit sehr guter Drehmomentübertragung
und geringen Herstellungskosten realisiert werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der
Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in welcher
die Erfindung anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher beschrieben
und erläutert
ist.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels
einer ersten Verbundbremsscheibe gemäß der Erfindung;
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2 eine
Seitenansicht des Ausführungsbeispiels
aus 1;
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3 eine
Explosionsdarstellung in Perspektive des Ausführungsbeispiels gemäß 1 und 2;
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4a bis 4c Ausführungsvarianten eines Verbindungs-
bzw. Sicherungselementes zum Einsetzen in die radialen Ausneh mungen
des Befestigungskörpers
des Ausführungsbeispiels
der vorherigen Figuren in je einer Draufsicht;
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5 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Verbundscheibenbremse gemäß der Erfindung
in perspektivischer Ansicht mit einem Sprengring als Verbindungselement;
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6 die
Bremsscheibe gemäß dem Ausführungsbeispiel
aus
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5 in
einer perspektivischen Explosionsdarstellung; und
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7 ein
drittes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe
mit einer Evolventenverzahnung und einem Sprengring als Verbindungselement.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Scheibenbremse gemäß der Erfindung
in einer teilweise geschnittenen Schrägansicht dargestellt. Ein kreisrunder
Reibring 1, welcher im Betrieb der Bremse mit (nicht dargestellten)
Bremsbacken zum Abbremsen eines Drehmoments zusammenwirkt, ist mit
einer mittigen Öffnung,
in einer polygonalen Form, in diesem Ausführungsbeispiel einer abgerundeten
Dreiecksform, versehen.
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Ein Befestigungskörper 2, wie beispielsweise
eine Radnabe eines Fahrzeuges oder der Befestigungskörper der
Bremse selbst, weist einen Abschnitt auf mit einer im Außenumfang
entsprechend geformten polygonalen Kontur. Das heißt der abgerundeten
Dreieckskontur dieses Ausführungsbeispiels.
Der Befestigungskörper 2 weist
eine zentrale Öffnung 9 auf,
zum Vorsehen einer Welle (nicht dargestellt) sowie einen Befestigungsflansch 11 mit
Befestigungsöffnungen 12 zum
Montieren des Be festigungskörpers 2.
Der Reibring 1 ist unter Vorspannung auf dem Befestigungskörper 2 montiert.
Die Vorspannung ist durch Vorsehen von radialen, schlitzartigen
Ausnehmungen 4 am Außenumfang des
Befestigungskörpers 2 realisiert,
wodurch sich der Befestigungskörper
etwas zusammendrücken lässt. In
den radialen Ausnehmungen 4 sind Verbindungselemente 3 jeweils
vorgesehen, zur axialen Sicherung und Befestigung des Reibrings 1 auf
dem Befestigungskörper 2.
Die Verbindungselemente sind hier in Form von T-förmigen Klemmelementen vorgesehen,
welche in eine Umfangsnut 5 am Innenumfang des Reibrings
und eine entsprechende Umfangsnut 5 am Außenumfang
des Befestigungskörpers 2 einsetzbar
sind. Das Einsetzen und Betätigen der
Verbindungselemente 3 wird erst durch das Vorsehen von
schlitzartigen, radialen Ausnehmungen 4 (im vorliegenden
Beispiel drei Ausnehmungen) ermöglicht.
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In 2 ist
die Bremsscheibe gemäß dem Ausführungsbeispiel
aus 1 in einer Seitenansicht
dargestellt. Die dreiecksförmige,
polygonale Kontur des Befestigungskörpers 2 schmiegt sich
der entsprechend vorgesehenen Innenkontur der Mittenöffnung des
Reibrings 1 an mit Ausnahme von je drei schlitzartigen
Ausnehmungen 4, die zum Einsetzen der Befestigungselemente
und zum Ermöglichen
einer Vorspannung in der Klemm-/-Reib-Verbindung vorgesehen
sind. Selbstverständlich
kann anstatt einer dreieckigen, polygonalen Kontur auch eine mehreckige
Kontur, wie zum Beispiel eine fünfeckige
oder sechseckige Polygonform, vorgesehen sein.
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Das gleiche Ausführungsbeispiel ist in 3 zur Veranschaulichung
der einzelnen Elemente teilweise geschnitten in einer Explosionsdarstellung wiedergegeben.
Die am Innenumfang des Reibrings 1 und am Außenumfang
des Befestigungskörpers 2 vorgesehenen
Nuten 5 für
die Verbindungselemente sind lediglich an den Seiten des Dreiecks
vorgesehen, sodass eine mini male Materialschwächung durch sie erzeugt wird.
Die Verbindungselemente 3 sind jeweilige, im Wesentlichen
T-förmige
Klemmelemente, die einen (in der Figur nicht dargestellten) Federteil,
zum Beispiel zwei Druckspiralfedern oder dergleichen, aufweisen.
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Verschiedene Ausführungsformen der Verbindungselemente 3 bzw.
Sicherungselemente, die in die entsprechenden radialen Ausnehmungen 4 zwischen
dem Reibring 1 und dem Befestigungskörper 2 eingesetzt
werden, sind in den 4a, 4b und 4c in Draufsichten wiedergegeben. Das
Beispiel eines Verbindungselementes 3 der 4a weist im Wesentlichen eine T-förmige Grundform
auf mit einem vorragenden Sicherungszahn 12, welcher in eine
entsprechende Umfangsnut in der polygonalen Mittenöffnung des
Reibrings eingreift. Gegenüberliegend
zu diesem Sicherungszahn 12 sind jeweils zwei Druckspiralfedern 13 vorgesehen,
die zur Vorspannung bzw. zum Einklemmen des Verbindungselements
3 im Reibring dienen. Dieses Verbindungselement 3 ist durch
ein geringes Gewicht und einen einfachen Aufbau gekennzeichnet.
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Ein hierzu alternatives Verbindungselement 3 ist
in 4b in einer Draufsicht
wiedergegeben. Das Verbindungselement 3 ist hier einstückig ausgebildet
und weist als Federteil einen federnden, abkragenden Arm 14 auf,
welcher einstückig
und aus dem gleichen Material wie das Verbindungselement 3 selbst
gebildet ist.
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In 4c ist
ein weiteres diesbezügliches Ausführungsbeispiel
eines Verbindungselementes zur axialen Sicherung des Reibrings auf
dem Befestigungskörper
einer Scheibenbremse wiedergegeben. Bei diesem Verbindungselement 3 ist
ein bogenförmiger
Abschnitt 15 so vorgesehen, dass eine symmetrische Federwirkung
erzielt wird. Vorteilhaft ist hierbei, wie auch bei dem vorherigen
Ausführungsbeispiel
der 4b, dass weniger
Einzelteile notwendig sind, wobei im Gegensatz zu Letzterem hier eine
symmetrische Federwirkung erzielbar ist.
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Selbstverständlich können andere als die beschriebenen
federnden Verbindungselemente zur axialen Sicherung und Befestigung
des Reibrings auf dem Befestigungskörper bzw. der Radnabe vorgesehen
sein.
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In 5 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Bremsscheibe
in einer perspektivischen Ansicht wiedergegeben. Im Unterschied
zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe
ist hier nicht eine Vielzahl von Verbindungselementen 3 vorgesehen, sondern
ein einstückiger
Sprengring 7, welcher zur axialen Sicherung zwischen dem
Befestigungskörper 2 und
dem Reibring 1 klemmbar ist. Dieses Ausführungsbeispiel
ist zur Verdeutlichung noch einmal in einer Explosionsansicht in 6 wiedergegeben. Der Reibring 1 ebenso
wie der Befestigungskörper 2 sind
auch hier mit einer dreieckigen, polygonalen Kontur versehen, wodurch
eine formschlüssige
Drehmomentübertragung
ermöglicht
wird. Anders als in dem vorherigen Ausführungsbeispiel weist der Befestigungskörper 2 jedoch
einen kreisrunden, vorragenden Anschlagteller 16 auf, gegen
den der aufgesetzte Reibring 1 stößt und mittels des Sprengrings 7 klemmbar
ist. Auch hier sind radiale, schlitzartige Ausnehmungen am Außenumfang
des Befestigungskörpers 2 vorgesehen,
wodurch ein Einsetzen des Befestigungskörpers in den Reibring 1 unter
Vorspannung ermöglicht
wird.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe
für ein
Kraftfahrzeug ist in 7 in
einer Schrägansicht
teilweise geschnitten wiedergegeben. Im Unterschied zu den zuvorigen
Ausführungsbeispielen
ist hier die polygonale Kontur zum formschlüssigen Verbinden und zum Über tragen
der Drehmomente eine Verzahnung 6. Auch hier ist eine Mehrzahl
von Ausnehmungen 4 am polygonalen Außenumfang des Befestigungskörpers 2 vorgesehen,
wodurch eine Vorspannung zwischen dem Reibring 1 und dem
Befestigungskörper 2 realisierbar
ist. Die polygonale Kontur ist jedoch hier keine Dreiecksform, sondern
eine Verzahnung 6, die vorzugsweise eine Evolventenverzahnung
ist. Die axiale Sicherung zwischen dem Reibring 1 und dem Befestigungskörper 2 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
mit einem Sprengring 7 realisiert. Der Sprengring ist in
entsprechende radiale Nuten in den Zähnen der Verzahnung 6 zwischen
dem Reibring 1 und dem Befestigungskörper 2 einsetzbar.
Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist dieses Ausführungsbeispiel
mit einer Innenbelüftung 17 des Reibrings 1 versehen.
Selbstverständlich
können auch
die zuvorigen Ausführungsbeispiele
mit einem Reibring 1 mit oder ohne Innenbelüftung 17 realisiert sein.
Gemein haben alle beschriebenen Ausführungsbeispiele, dass aufgrund
der Vorspannung, mit welcher der Reibring 1 auf dem Befestigungskörper 2 durch
Vorsehen von schlitzartigen Ausnehmungen aufsetzbar ist, eine unterschiedliche
Wärmeausdehnung
aufgrund unterschiedlicher Materialien, wie zum Beispiel Keramik,
Grauguss, Aluminiumlegierungen oder dergleichen, kompensiert werden
kann.
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Alle in der vorhergehenden Beschreibung und
den nachfolgenden Ansprüchen
dargestellten Erfindungsmerkmale können sowohl einzeln als auch in
beliebiger technischer Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.