DE3231175A1

DE3231175A1 - Bremsscheibe fuer scheibenbremse

Info

Publication number: DE3231175A1
Application number: DE19823231175
Authority: DE
Inventors: Georg 6236 Eschborn Halasy; Hans 6414 Hilders Kirst; Helmut 6350 Bad Nauheim Weisbrod
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1982-08-21
Filing date: 1982-08-21
Publication date: 1984-02-23
Also published as: DE3231175C2

Description

Bremsscheibe für Scheibenbremsen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsscheibe für Scheibenbremsen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer an einer abzubremsenden Welle montierbaren Nabe und mit einer mit der Nabe verbundenen Reibscheibe, an der Bremsbeläge zur Anlage bringbar sind.
Üblicherweise werden Reibscheiben für Scheibenbremsen als ebene Ringkörper mit zueinander parallelen Reibflächen ausgebildet. Im Betrieb derartiger Reibscheiben hat sich gezeigt, daß bei Bremsbetätigung der innere Bereich der Reibscheibe stärker aufgeheizt wird als ihr äußerer Bereich. Demzufolge dehnt sich der innere Randbereich der Reibscheibe bei Bremsbetätigung zunächst stärker aus, wodurch das kühlere Material der Reibscheibe im äußeren Randbereich eine radial nach außen gerichtete Kraft erfährt. Da das Material der Reibscheibe von geringen Eigenelastizitäten abgesehen dieser Kraft nicht nachgeben kann, entstehen in der Reibscheibe sogenannte Verwerfungen, die dazu führen, daß der Bremsbelag im Extremfall nur punktweise an der Reibscheibe zur Anlage kommen kann. Dies hat wiederum zur Folge, daß ein sogenanntes Bremsenrubbeln entsteht, das durch relativ hochfrequente Schwingungen am Bremspedal fühlbar wird. Dieses Bremsenrubbeln kann zu unerwünschter Geräuschbildung und einem Nachlassen der Bremswirkung führen.
Zur Vermeidung eines derartigen systembedingten Funktionsnachteils besteht die Möglichkeit, die Dicke der Reibscheibe relativ stark zu vergrößern, so daß beim Bremsvorgang eine in etwa gleichmäßige Temperaturverteilung In der Reibscheibe erreicht wird. Es liegt jedoch auf der Hand, daß eine axiale Verdickung der Bremsscheibe aus Gewichtsgründen und Materialkosten relativ schnell an unreälisierbare Grenzen stößt.
Eine Reibscheibe für Bremsscheiben, die von der zuvor beschriebenen einfachsten geometrischen Form abweicht, ist beispielsweise aus der DE-AS 21 28 594 bekannt geworden. Die in dieser Schrift beschriebene Reibscheibe verfügt an ihrer äußeren Mantelfläche über einen in etwa V-förmigen Einschnitt, der bei Brensbetätigung ein Einfedern des beiderseits des Einschnitts gebildeten Materials erlauben soll, so daß eine vollflächige Berührung der Bremsbeläge an der Bremsscheibe erzielt wird. Ein Nachfedern der Reibscheibe bei Bremsbetätigung bedingt zweifelsohne aber auch eine ungleichmäßige Abnutzung der Bremsbeläge bzw. führt bei fortschreitender Lebensdauer dazu, daß die axialen Begrenzungsflächen der Reibscheibe nicht mehr parallel zueinander stehen.
Auch ist aus der DE-OS 22 29 258 eine Bremsscheibe für Scheibenbremsen bekannt, die an der Außenmantelfläche eine Umfangsnut aufweist, in der ein im Verhältnis zum übrigen Werkstoff verformbarer Werkstoff angeordnet ist, der von einem Dämpfungsglied in seiner Lage gehalten ist. Eine derartige Ausgestaltung soll hochfrequente Schwingungen der Bremsscheibe bzw. ein dadurch verursachtes Quietschen verhindern. Da die Umfangsnut an der Reibscheibe eine beträchtliche Breite und Tiefe haben soll, gelten die bei der vorausgehend beschriebenen Ausführungsform dargelegten Nachteil in gleichem Maße.
Die vorliegende Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, eine Bremsscheibe der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß ein Verwerfen der Reibscheibe während des Bremsvorgangs und ein dadurch bedingtes sogenanntes Rubbeln der Bremse vermieden ist.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Aus-dehnung infolge Erwärmung beim Bremsvorgang im äußeren Randbereich der Reibscheibe mindestens so groß ist wie in der übrigen Reibscheibe. Eine derartige Ausgestaltung hat in vorteilhafterweise zur Folge, daß sich das Material im äußeren Randbereich der Reibscheibe beim Bremsvorgang stärker ausdehnt als der übrige Teil der Reibscheibe, so daß auf das Scheibenmaterial im inneren und mittleren Bereich der Reibscheibe eine radial nach außen gerichtete Zugkraft ausgeübt wird, die für eine sogenannte Straffung der Scheibe in Radialrichtung sorgt. Verwerfungen sind durch diese Spannung innerhalb der Reibscheibe ausgeschlossen, so daß der Bremsbelag mit seiner gesamten Fläche an den axialen Begrenzungsflächen der Reibscheibe in Anlage bleibt und ein Rubbeln der Bremse mit den oben dargelegten Nachteilen nicht auftritt.
Dieser der Erfindung zugrundeliegende Gedanke läßt sich in verschiedenster Art und Weise realisieren. Beispielsweise kann die thermische Zeitkonstante der Reibscheibe zu ihrem äußeren Randbereich verringert werden oder in jedem Bereich konstant sein. Einerseits läßt sich dies durch eine geeignete Materialkombination erzielen.
Andererseits kann man durch geeignete Materialauswahl dafür sorgen, daß der Ausdehnungskoeffizient der Reibscheibe im äußeren Randbereich mindestens so groß wie im inneren Bereich ist.
Zu einer vorteilhaften Ausführungsform gelangt man ferner, wenn die Reibscheibe derart ausgebildet ist, daß ihr Volumen bezogen auf einen Ring mit einer Breite R in jedem Bereich gleich ist oder sich zum äußeren Randbereich verringert. Durch eine derartige Ausgestaltung wird vorteilhafterweise erreicht, daß sich das thermische Speichervermögen über den gesamten Bereich der Reibscheibe nicht verändert bzw. daß das thermische Speichervermögen der Reibscheibe zum äußeren Randbereich verkleinert wird. Dies führt dazu, daß sich der äußere Randbereich der Reibscheibe beim Bremsvorgang stärker aufheizt, so daß das Material der Reibscheibe in Axialrichtung gestrafft wird. Ferner ist es vorteilhaft, wenn zwei Scheiben, deren Volumen bezogen auf einen Ring mit der Breite R in jedem Bereich gleich ist oder sich zum äußeren Randbereich verringert, zu einer Reibscheibe zusammengesetzt ist, wobei sie derart aneinander abgestützt sind, daß die axialen Begrenzungsflächen der Reibscheibe parallel zueinander sind. Durch einen derartigen Aufbau entsteht eine Reibscheibe mit Innenbelüftung.
Ferner kann die Außenmantelfläche der Reibscheibe mit einer Umfangsnut versehen sein. Wenn die Umfangsnut einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt besitzt, gelangt man zu einer einfachen geometrischen Form, die zudem einfach herstellbar ist.
Der Anmeldungsgegenstand läßt sich in vorteilhafter Weise dadurch weiterbilden, daß der Grund der Umfangsnut außerhalb des Angriffpunktes der resultierenenden Bremskraft liegt. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß die Parallelität der axialen Begrenzungsflächen der Reibscheibe beibehalten wird, so daß eine gleichmäßige Abnutzung der Bremsbeläge erfolgt. Die Umfangsnut hat also keinen oder einen nur unwesentlichen Einfluß auf die axiale Steifigkeit der Reibscheibe auch in dem von der Umfangsnut überdeckten Bereich. Andererseits hat sich gezeigt, daß es vorteilhaft ist, wenn die Nuttiefe mindestens ein Fünftel der Differenz aus dem äußeren und dem inneren Radius der Reibscheibe beträgt.
Die dem Anmeldungsgegenstand zugrundeliegende Idee ist bei Vollbelagscheibenbremsen ebenso anwendbar wie bei belüfteten Bremsscheiben. Bei belüfteten Bremsscheiben münden die Belüftungskanäle in den Grund der Umfangsnut.
Wie bereits angedeutet, werden durch die Umfangsnut Ringschenkel freigelegt, die sich bei Bremsbetätigung in geringem Maße aufeinander zubewegen können. Um auch diese axiale Bewegung der Ringschenkel auszuschalten, sind in einer vorteilhaften Weiterbildung des Anmeldungsgegenstandes die durch die Umfangsnut freigelegten Ringschenkel durch Stützstege miteinander verbunden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Stützstege einen derartigen Winkelabstand zueinander haben, daß bei Bremsbetätigung jeweils zwei Stützstege zwischen den Bremsbelägen stehen. Um eine Neigung zu Resonanzschwingungen und die damit verbundene Geräuschbildung zu vermeiden, sind die Stützstege vorzugsweise ungleichmäßig am Umfang der Reibscheibe verteilt. In einer weiteren Ausbildung des Anmeldungsgegenstandes ist vorgesehen, daß zwischen den durch die Umfangsnut freigelegten Ringschenkeln ein flacher Ringkörper angeordnet ist, der die Ringschenkel bei Bremsbetätigung in einem definierten axialen Abstand zueinander hält, so daß die axialen Begrenzungsflächen auch bei Bremsbetätigung planparallel zueinander stehen. Es ist insbesondere dann vorteilhaft, den flachen Ringkörper über regelmäßig oder unregelmäßig am Umfang verteilte Öffnungen zu versehen, wenn die erfindungsgemäßen Maßnahmen an einer belüfteten Bremsscheibe verwirklicht sind.
Die Realisierung des Erfindungsgedankens is-t ebenfalls dadurch möglich, daß die an der Reibscheibe zur Anlage bringbaren Bremsbeläge zum äußeren Rand der Reibscheibe verdickt sind. Auch durch eine derartige Maßnahme läßt sich der erfindungsgemäße Effekt, eine weitgehend gleichmäßige Temperaturverteilung in der Reibscheibe zu erzielen, erreichen. Ferner ist es denkb&r, daß die Bremsbeläge im äußeren Randbereich der Reibscheibe mit einer größeren Kraft als in ihrem inneren Bereich zur Anlage bringbar sind. Infolge der in diesem Fall im äußeren Bereich erhöhten Reibleistung während des Bremsvorganges stellt sich bei Bremsbetätigung ebenfalls eine höhere Temperatur im äußeren Randbereich der Reibscheibe ein.
Die Reibscheibe läßt sich alternativ zu den vorstehend beschriebenen Lösungen derart ausbilden, daß ihre Reibflächen derart ausgebildet sind, daß sich der Reibwert vom inneren zum äußeren Randbereich vergrößert. Dies läßt sich in einfacher und vorteilhafter Weise dadurch erzielen, daß der Reibscheibe im äußeren Bereich eine größere Rauhtiefe zugeordnet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand von Fig. l bis 3. der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Bremsscheibe im Schnitt, Fig. 2 einen Schnitt durch eine Bremsscheibe gemäß der Linie I-I gemäß Fig. 1 und Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine Bremsscheibe im Bereich ihres äußeren Randbereiches.
Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. l ist mit 1 eine Bremsscheibe bezeichnet, die aus einer Reibscheibe 2 und einer mit einer drehbaren Welle verbindbaren Nabe 3 besteht. An ihrem Außenumfang ist die Reibscheibe 2 mit einer im wesentlichen trapezförmigen Umfangsnut 4 verstehen, deren zur äußeren Mantelfläche 5 geöffnetes Ende die Breite d hat. Die Dicke der Reibscheibe 2 ist mit s bezeichnet. Der äußere Radius der Bremsscheibe 1 ist mit RA bezeichnet, während die innere Mantelfläche 6 der Reibscheibe 2 in einem Radius RI bezogen auf das Zentrum der Nabe 3 angeordnet ist. Der Abtand vom Zentrum der Nabe 3 zum Grund 7 der Umfangsnut 4 ist mit RD angegebenen.
Schließlich bezeichnet Rw einen Abstand zwischen dem Zentrum der Nabe 3 und einem Punkt der Reibscheibe 2, in dem die resultierende Bremskraft am Umfang der Reibscheibe 2 angreift.
Werden bei einem Bremsvorgang in Fig. 1 nicht dargestellte Bremsbeläge an den axialen Begrenzungsflächen 8,9 der Reibscheibe 2 zur Anlage gebracht, so erwärmt sich die Reibscheibe 2, wobei sich im Bereich der Umfangsnut 4 die größte Temperaturerhöhung ergibt. Die durch die Umfangsnut 4 ausgesparten Ringschenkel 10,11 dehnen sich folglich relativ stärker als der übrige Bereich der Reibscheibe 2 aus und bewirken daher eine radiale Straffung der Reibscheibe 2.
Es hat sich gezeigt, daß die Tiefe RA R RD der Umfangsnut 4 mindestens so groß wie ein Fünftel der Höhe RA - RD des Reibringes 3 sein soll. Ferner ist die Tiefe RA - RD der Umfangsnut 4 zweckmäßigerweise derart bemessen, daß der Grund 7 der Umfangsnut 4 in der Darstellung oberhalb des Abstandes Rw liegt. Diese Bemessungskriterien lassen sich durch die nachstehende Formel beschrieben: Ferner ist es vorteilhaft, die Reibscheibe 2 derart auszubilden, daß ihr Volumen bezogen auf einen Ring mit einer Breite R in jedem Bereich der Reibscheibe 2 gleich ist oder sich zum äußeren Randbereich der Reibscheibe 2 verringert. Diese Beziehung läßt sich durch die nachstehende Formel beschreiben: 2 qr RD s > 2 t RA (s-d) d. h.: In Fig. 2 der Zeichnung ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie 1-1 gemäß Fig. 1 dargestellt. Man erkennt in Fig. 2 Stützstege 12 zwischen den Ringschenkeln 10,11, die für einen definierten Axialabstand der axialen Begrenzungsflächen 8,9 dér Reibscheibe im Bereich der Umfangsnut 4 sorgen. Der Winkelabstand zwischen den Stützstegen 12 ist derart bemessen, daß jeweils zwei Stege 12 von den Bremsbelägen überdeckt werden, wenn eine Bremsung erfolgt.
Schließlich ist in Fig. 3 zwischen den durch die Umfangsnut 4 freigelegten Ringschenkeln 10,11 ein flacher Ringkörper 13 angeordnet, der die Ringschenkel 10,11 bei Bremsbetätigung in einem definierten Axialabstand zueinander hält. In Fig. 3 ist ferner angedeutet, daß im Grund 7 der Umfangsnut 4 Belüftungskanäle 14 münden. Im Hinblick auf einen ausreichenden Wärmeaustausch, ist auch der flache Ringkörper 13 mit Öffnungen 15 versehen, die regelmäßig oder unregelmäßig am Umfang des flachen Ringkörpers 13 angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche 1. Reibscheibe für Scheibenbremsen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer an einer abzubremsenden Welle montierbaren Nabe und mit einer mit der Nabe verbundenen Reibscheibe, an der Bremsbeläge zur Anlage bringbar sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ausdehnung infolge Erwärmung beim Bremsvorgang im äußeren Randbereich der Reibscheibe (2) mindestens so groß ist wie in der übrigen Reibscheibe (2).
2. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die thermische Zeitkonstante der Reibscheibe (2) zu ihrem äußeren Randbereich verringert oder in jedem Bereich konstant ist.
3. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ausdehnungskoeffizient der Reibscheibe (2) im äußeren Randbereich mindestens so groß wie im inneren Bereich ist.
4. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Reibscheibe (2) derart ausgebildet ist, daß ihr Volumen bezogen auf einen Ring mit einer Breite R in jedem Bereich gleich ist oder sich zu ihrem äußeren Randbereich verringert.
5. Reibscheibe nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei Scheiben, deren Volumen bezogen auf einen Ring mit der Breite R in jedem Bereich gleich ist oder sich zum äußeren Randbereich verringert, zu einer Reibscheibe (2) zusammengesetzt sind, wobei sie derart aneinander abgestützt sind, daß die axialen Begrenzungsflächen (8,9) der Reibscheibe (2) parallel zueinander sind.
6. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t-, daß die Außenmantelfläche (5) der Reibscheibe (2) mit einer Umfangsnut (4) versehen ist.
7. Bremsscheibe nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Umfangsnut (4) einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt besitzt.
8. Bremsscheibe nach Anspruch 6 und 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Grund (7) der Umfangsnut (4) außerhalb des Angriffpunktes der resultierenden Bremskraft liegt.
9. Bremsscheibe nach Anspruch 6 und 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Nuttiefe (RA - RD) mindestens einem Fünftel der Differenz (RA - R3) aus dem äußeren und dem inneren Radius der Reibscheibe (2) beträgt.
10. Bremsscheibe nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Reibscheibe (2) über in den Grund der Umfangsnut (4) mündende Belüftungskanäle (14) verfügt.
11. Bremsscheibe nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n-e t , daß die durch die Umfangsnut (4) freigelegten Ringschenkel (10,11) durch Stützstege (12) miteinander Verbindung haben.
12. Bremsscheibe nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stützstege (12) ungleichmäßig am Umfang der Reibscheibe (2) verteilt sind.
13. Bremsscheibe nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den durch die Umfangsnut (4) freigelegten Ringschenkeln (10,11) ein flacher Ringkörper (13) angeordnet ist, der die Ringschenkel (10,11) bei Bremsbetätigung in einem definierten axialen Abstand zueinander hält.
14. Bremsscheibe nach Anapruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der flache Ringkörper (13) über regelmäßig oder unregelmäßig am Umfang verteilte Öffnungen verfügt.
15. Bremsscheibe nach Anspruch 1 und 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Axialabstand zwischen den axialen Begrenzungsflächen (8,9) der Reibscheibe (2) von der inneren Mantelfläche (6) zur äußeren Mantelfläche (5) stetig vermindert ist.
16. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n evt , daß die an der Reibscheibe (2) zur Anlage bringbaren Bremsbeläge zum äußeren Bereich der Reibscheibe (2) verdickt sind.
17. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,daß die Bremsbeläge im äußeren Bereich der Reibscheibe (2) mit einer größeren Kraft als in ihrem inneren Bereich zur Anlage bringbar sind.
18. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Reibflächen (8,9) der Reibscheibe (2) derart ausgebildet sind, daß sich der Reibwert vom inneren zum äußeren Randbereich vergrößert.
19. Bremsscheibe nach Anspruch 18, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Reibflächen (8,9) der Reibscheibe (2) im äußeren Bereich eine größere Rauhtiefe aufweisen.