DE10322454A1

DE10322454A1 - Mehrteilige Bremsscheibe

Info

Publication number: DE10322454A1
Application number: DE10322454A
Authority: DE
Inventors: Hans Bungert; Jürgen Bauer; Hans-Peter Metzen; Martin Dr. Nader
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-02-26

Abstract

Eine mehrteilige Bremsscheibe besteht aus einem Reibring (1) und einem aus Blech geformten schüsselförmigen Halteteil (2), das durch plastische Verformungen formschlüssig mit dem Reibring (1) verbunden ist. Um eine besonders kostengünstige und einfache Verbindung zu gewährleisten, ist das Halteteil (2) mit über seinen Umfang verteilten Ausprägungen (4) versehen, die aus de Umfangsfläche radial nach außen hervorstehen und durch einen einfachen, radial nach außen gerichteten Prägevorgang in das Halteteil (2) einformbar sind. Erfindungsgemäß besteht der Reibring aus einem spröden Material. Um zu vermeiden, daß durch von den Ausprägungen auf den Reibring ausgeübte Kräfte dieser beschädigt wird, werden Zwischenelemente (6) vorgesehen, über welche die Ausprägungen auf die Wände zugeordneter Bohrungen in den Reibring (1) einwirken.

Description

Die Erfindung betrifft eine aus mehreren Teilen zusammengesetzte Bremsscheibe für eine Scheibenbremse. Eine derartige Bremsscheibe ist aus der DE-AS 2 013535 bekannt. Bei der bekannten Bremsscheibe ist ein Reibring aus einem Gußmaterial mit einem schüsselförmigen Halteteil aus Blech verbunden. Das Halteteil wird an der Nabe eines Fahrzeugrades festgeschraubt und trägt den Reibring. Derartige zusammengesetzte Bremsscheiben haben den Vorteil, daß das Halteteil dünner und leichter ausgeführt sein kann als bei einer einteiligen Bremsscheibe, die vollständig gegossen ist. Außerdem treten bei gattungsgemäßen zweiteiligen Bremsscheiben unter starker Wärmeeinwirkung keine nachteiligen Verwerfungen des Reibringes auf, da das Halteteil aufgrund seiner Elastizität wärmebedingte Verformungen auffangen kann.

Eine weitere Bremsscheibe ist beispielsweise in der DE 44 19 757 A1 beschrieben. Hierbei wird der Reibring mittels Umformung des metallischen Halteteiles mit diesem formschlüssig verbunden. Im Prinzip ist die bekannte Bremsscheibe dadurch ausgezeichnet, daß auf den Umfang des Halteteils verteilte Ausprägungen vorgesehen sind, die mittels eines von innen angreifenden Prägewerkzeugs durch eine einfache radial von innen nach außen gerichtete Bewegung des Prägewerkzeugs erzeugt werden können.

Ein derartige Verbindung von Reibring und Halteteil lässt sich aufgrund der hohem Umformbelastungen jedoch nicht bei Reibringen aus sprödem Werkstoff, z. B. Keramik, anwenden.

Die vorliegende Erfindung geht daher aus von einer Bremsscheibe der sich aus dem Oberbegriff des Hauptanspruches ergebenden Gattung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine mit einem Reibring aus einem spröden Material versehene Bremsscheibe dahingehend zu verbessern, daß der für die Verbindung von Reibring und Halteteil erforderliche Fertigungsaufwand und die damit verbundenen Fertigungskosten verringert werden. Insbesondere soll darauf geachtet werden, daß die bei der Umformung des Halteteils aufgewandten Kräfte nicht dazu führen, daß das spröde Material des Reibringes beschädigt wird.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Verbindungstechnik hat den Vorteil, besonders einfach und kostengünstig ausführbar zu sein, wobei eine Nachbearbeitung der fertigen Bremsscheibe entfällt. Neben der schon erwähnten Gewichtsreduzierung und der Formstabilität des Reibrings unter Temperatureinfluß gibt es aber noch weitere Vorteile der Erfindung. So ist die Verwendung unterschiedlicher Materialien für den Reibring und das Halteteil ohne zusätzlichen Aufwand möglich. Beispielsweise kann das Halteteil aus Aluminium bestehen. Desweiteren kann für das Halteteil eine besonders einfache Form ohne Hinterschneidungen gewählt werden, die eine einfache und kostengünstige Fertigung des rohen Halteteils insbesondere in einem einzigen Prägevorgang erlauben. Die erfindungsgemäßen Ausprägungen zur Befestigung des Reibringes werden erst bei der Verbindung des Halteteils mit dem Reibring eingeformt. Es sind also keine zusätzlichen vorbereitenden Arbeitsschritte nötig. Schließlich kann eine verbrauchte Bremsscheibe auf einfachste Weise in ihre beiden Teile zerlegt werden, um die Materialien von Reibring und Halteteil getrennt ihrer Wiederverwertung zuzuführen.

Die Erfindung besteht im Prinzip darin, die durch die Verformung der Ausprägungen wirksamen Kräfte nicht direkt von den Ausprägungen auf das spröde Material der Bremsscheibe sondern nur indirekt über die Zwischenelemente wirken zulassen. Hierdurch werden, die Spannungen in dem spröden Material stark herabgesetzt so daß dessen Zerstörung verhindert wird. Das Material der Zwischenelemente sollte vergleichsweise weich sein, so daß es bei starken örtlichen Belastungen ausweichen kann. Außerdem paßt sich auf diese Weise das Material der Zwischenelemente besser an die Wandungen der Öffnungen in dem Reibring an und kann auch bei der Beseitigung von Spannungen helfen, die bei starker Erwärmung oder Temperaturänderung des Reibringes zwischen dem Reibring selbst und den Ausprägungen auftreten.

Die Erfindung ist anwendbar unabhängig davon, ob nun die Ausprägungen und die Öffnungen in dem Reibring in radialer oder axialer Richtung verlaufen. Bei in axialer Richtung verlaufenden Öffnungen und Ausprägungen muß allerdings dafür gesorgt werden, daß der Reibring in axialer Richtung gesichert ist. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung werden hierzu aber die Merkmale nach Anspruch 2 empfohlen gemäß denen die Öffnungen und die Ausprägungen in radialer Richtung verlaufen.

Auch in der Formgebung der Öffnung und der Ausprägung ist man im Rahmen der Erfindung weitgehend frei, so daß Öffnungen und Ausprägungen beispielsweise einen eckigen Querschnitt haben können. In Weiterbildung der Erfindung wird allerdings empfohlen, die Merkmale nach Anspruch 3 anzuwenden so daß bevorzugt die Öffnung und die Ausprägung einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt besitzen.

Um zu erreichen, daß auch bei härterem Material das Zwischenelement sich bei Temperaturschwankungen des Reibringes besser an die sich ändernden Abmessungen der Öffnungen anpaßt, werden in Weiterbildung der Erfindung die Merkmale nach Anspruch 4 empfohlen. Eine andere Möglichkeit für die Lösung der sich durch die ändernden Abmessungen der Öffnungen ergebenden Schwierigkeiten kann die Anwendung der Merkmalskombination nach Anspruch 5 darstellen.

Die Öffnungen können in den Rohling des Reibringes vor dem Brennen beziehungsweise bei dem Gießen eingeformt werden, je nachdem aus welchem Material der Reibring hergestellten wird (beispielsweise Keramik oder Kohlenstoff oder in seiner Oberfläche behandeltes Metall).

In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung können die Ausprägungen des Halteteils kraterförmig ausgestaltet sein. Sie greifen vorzugsweise in die Zwischenelemente im radial inneren Randbereich des Reibrings ein, wodurch ein sicherer Formschluß sowohl in axialer Richtung als auch zur sicheren Übertragung großer Drehmomente in Umfangsrichtung entsteht. Bei dieser Ausführungsform ist es zweckmäßig, wenn der Reibring mit radial nach innen vorspringenden, in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen angeordneten Füßen versehen ist, in denen Bohrungen zum Eingriff des Ausprägungen des Halteteils eingebracht sind.

Bei sogenannten belüfteten Bremsscheiben ist der Reibring mit Hohlräumen für den Durchtritt von Kühlluft versehen. Bei Verwendung eines solchen Reibrings wird eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung empfohlen, bei der die Ausprägungen des Halteteils in die mit Zwischenelementen versehenen Hohlräume des Reibrings eingreifen. Insbesondere bei den üblichen Ausführungsformen derartiger Reibringe mit zwei Teilringen, die durch radiale Stege miteinander verbunden sind, ist diese Ausführungsform besonders zweckmäßig, da die Ausprägungen des Halteteils in Bezug auf die Drehrichtung formschlüssig zwischen je zwei Stege eingreifen können und in Bezug auf die Axialrichtung formschlüssig zwischen den beiden Reibringhälften eingeklemmt werden können. In diesem Fall kann zwar auf einen umlaufenden, radial vorstehenden Flansch des Halteteils im Prinzip verzichtet werden, jedoch wird ein solcher Flansch empfohlen, um eine noch stabilere Anlage am Reibring zu gewährleisten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen radialen Schnitt der Bremsscheibe von 1 im Bereich einer Ausprägung,
2 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe,
3 einen vergrößerten Ausschnitt der Verbindung zwischen dem Halteteil und dem Reibring gem. 1 und
4 bis 6 einen vergrößerten Ausschnitt der Verbindung zwischen dem Halteteil und dem Reibring gem. 1 mit einer geänderten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verbindung.
Die erfindungsgemäße mehrteilige Bremsscheibe umfasst ein metallisches, im wesentlichen topfförmiges Halteteil 2 und einen daran befestigten Reibring 1 aus einem spröden Werkstoff, beispielsweise mit keramischen Bestandteilen. Die gesamte Bremsscheibe wird, wie aus dem Stand der Technik bekannt, über Bohrungen 3 im topfförmigen Halteteil 2 mit zugehörigen Schrauben an einer nicht gezeigten Radlagereinheit oder einem sonstigen Achsbauteil verschraubt. Die Verbindung zwischen Halteteil 2 und Reibring 1 erfolgt über Ausstelllungen 4 am Halteteil 2. Diese Ausstellungen 4 werden durch Umformung von der Halteteilinnenseite radial nach außen in vorgesehene Öffnungen 5 im Reibring 1 gedrückt. Damit durch diese Umformung der Werkstoff des Reibringes 1 nicht beschädigt wird, ist erfindungsgemäß ein rohrförmiges Zwischenelement 6 vorgesehen. Das Zwischenelement 6 wird jeweils innerhalb der Öffnung 5 zwischen Halteteil 2 und Reibring 1 bzw. zwischen Ausstellung 4 und Öffnung 5 angeordnet. Dieses Zwischenelement 6 nimmt alle durch den Umformvorgang auftretenden Kräfte auf und verhindert so, dass das Reibringmaterial im Bereich der Öffnung 5 mit Verformungskräften beaufschlagt wird. Damit ist es möglich, den in DE 44 19 757 A1 beschriebenen Umformvorgang am topfförmigen Halteteil auch auf das Verbinden von Reibringen 1 aus sprödem Werkstoff, z. B. Keramik, anzuwenden. Da die Zwischenelemente 6 und Reibring 1 infolge verschiedener Werkstoffe unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen können, wird vorgeschlagen, die auftretenden Wärmespannungen durch folgende Maßnahmen zu eliminieren. Gemäß einer ersten Variante wird die Passung zwischen der Öffnung 5 im Reibring 1 und dem rohrförmigen Zwischenelement 6 geeignet gestaltet, so dass ausreichend Spiel vorhanden ist. Eine alternative Variante sieht vor, geschlitzte Zwischenelement 6 zu verwenden, um somit unterschiedliche Wärmeausdehnungen von Reibring 1 und den Zwischenelementen 6 zuzulassen. In der fertig montierten gesamten Bremsscheibeneinheit kann sich der Reibring 1 unter Wärmeeinfluss auf den Zwischenelementen 6 ohne Verzwängung radial nach außen bewegen. Unerwünscht Wärmespannungen innerhalb der Bremsscheibe werden damit vermieden.
4 zeigt eine Variante des Zwischenelementes 6'. Hierbei ist das Zwischenelement 6' so gestaltet, dass eine besondere, während des Unformvorganges angeformte Ausbuchtung 7 dafür sorgt, dass es zwischen Halteteil 2 und Zwischenelement 6' zu einer formschlüssigen Verbindung kommt.
Der Umformvorgang am Halteteil 2 zur Erzeugung der Ausstellungen 4 kann sowohl mit Hilfe von einzelnen Stempeln, als auch beispielsweise mit Hilfe des Hydroumformverfahrens realisiert werden.
Die 5 und 6 zeigen einen Ausschnitt des Verbindungsbereiches zwischen Reibring 1 und Halteteil 2 für zwei weiterentwickelte Ausführungsformen der Bremsscheibe in vergrößerter Darstellung. Ziel dieser weiterentwickelten Varianten ist es die radiale Belastung durch den Umformvorgang am Halteteil 2 nicht auf den spröden Reibring 1 zu übertragen. Dazu sieht die Ausführung nach 5 im Bereich der Öffnung 5 einen ringförmigen Hohlraum 8 zwischen dem Zwischenelement 6 und dem Reibring 1 vor. Eine Umformbelastung kann sich demnach nicht auf den Reibring 1 übertragen. Gemäß 6 wird die Übertragung von Umformbelastungen auf den Reibring 1 durch einen verdickten Ringabschnitt 9 am Zwischenelement 6'' verhindert. Durch den verdickten Ringabschnitt 9 wird eine radiale Aufweitung des Zwischenelementes 6'' als Folge der Umformbearbeitung verhindert. Zusätzlich ist der verdickte Ringabschnitt 9 ebenfalls in einem Hohlraum angeordnet.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung der Bremsscheibe gegenüber bekannten Anordnungen besteht in der Möglichkeit, spröde Werkstoffe z. B. keramische Reibringwerkstoffe durch ein einfaches, serientaugliches Umformverfahren mit einem metallischen Halteteil 2 zu verbinden.
Durch Verwendung von erfindungsgemäßen Zwischenelementen 6, 6', 6'' werden grundsätzlich die durch den Umformvorgang entstehenden Belastungen nicht unmittelbar in den Reibring und damit in seinen spröden Werkstoff (z. B. Keramik), sondern in die vorzugsweise metallische Zwischenelemente 6, 6', 6'' geleitet. Der spröde, vorzugsweise keramische, Reibringwerkstoff bleibt damit von der plastischen Verformung während der Umformbearbeitung unbeeinflusst und kann daher durch den Umformvorgang auch nicht beschädigt werden.
Zusammenfassend läßt sich die vorliegende Erfindung kurz wie folgt angeben.
Aufgabe der Erfindung ist die Verbindung eines Reibringes aus einem keramischen Werkstoff mit einem Blechtopf.
Die Bremsscheibeneinheit besteht aus einem Reibring (1), sowie einem Blechtopf (2). Die gesamte Einheit wird "klassisch" durch Bohrungen (3) im Topf über die Radschrauben und die Felge mit der Radlagereinheit verschraubt. Die Verbindung zwischen Blechtopf (2) und Reibring (1) erfolgt über Ausstelllungen (4). Diese Ausstellungen werden durch "Drücken" von der Topfinnenseite radial nach aussen in vorgesehene Öffnungen (5) am Reibring gedrückt. Damit durch diese Umformung der Werkstoff des Reibringes nicht beschädigt wird, ist erfindungsmäßig ein rohrförmiges Zwischenelement (6) vorgesehen. Dieses Zwischenelement nimmt alle durch den Umformvorgang auftretenden Kräfte auf und verhindert so, dass das Reibringmaterial mit Verformungskräften beaufschlagt wird.
Da Zwischenelement und Reibring unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, wird vorgeschlagen, die auftretenden Wärmespannungen durch folgende Massnahmen zu eliminieren: durch entsprechende Gestaltung der Passung (genug Spiel vorsehen), oder durch ein geschlitztes Zwischenelement.
In der zusammengebauten Einheit kann sich der Reibring unter Wärmeeinfluß auf dem Zwischenelement ohne Verzwängung radial nach aussen bewegen.
Bild 4 zeigt eine Variante des Zwischenlelementes (6). Hierbei ist das Zwischenelement so gestaltet, dass eine besondere Ausbuchtung (7) während des Unformvorganges dafür sorgt, dass es zwischen Blechtopf und Zwischenelement zu einer formschlüssigen Verbindung kommt.
Der Umformvorgang kann sowohl mit Hilfe von einzelnen Stempeln, als auch beispielsweise mit Hilfe des Hydroumformverfahrens realisiert werden.
Der Vorteil gegenüber dem Stand der Technik besteht in der Möglichkeit, "spröde" Werkstoffe z.B. keramische Bremsscheibenwerkstoffe durch ein einfaches, serientaugliches Umformverfahren mit einem metallischen Topf zu verbinden. Durch Verwendung eines Zwischenelementes wird die, durch den Umformvorgang entstehende Axialkraft nicht auf den Grundwerkstoff (Keramik), sondern in das metallische Zwischenelement geleitet. Der keramische Werkstoff nimmt an der nötigen Verformung nicht teil und kann daher durch den Umformvorgang auch nicht beschädigt werden.

Claims

Bremsscheibe bestehend aus einem Reibring (1,) und einem aus Blech geformten vorzugsweise schüsselförmigen Halteteil (2), das durch plastische Verformungen formschlüssig mit dem Reibring (1) verbunden ist, wobei das Halteteil (2) mit über seinen Umfang verteilten, durch einen Prägevorgang in das Halteteil (2) eingeformten Ausprägungen (4) versehen ist, die aus der Umfangsfläche des Halteteils (2) hervorstehen und in zugeordnete Öffnungen des Reibringes eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibring (1) zumindest in dem Bereich der Öffnungen (5) aus einem spröden Material gebildet ist, daß in die Öffnungen im wesentlichen an deren Form angepaßte hülsenförmigen Zwischenelemente (6) eingefügt sind und daß die Ausprägungen an den Innenflächen der Zwischenelemente angreifen.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche durch eine in radialer Richtung weisende Mantelfläche eines Zylinders gebildet ist, von der die Ausprägungen (8) radial nach außen abstehen.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Zwischenelemente (6) kreiszylinderförmig ist
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hülsenförmigen Zwischenelemente (6) in radialer Richtung aufgeschnitten sind.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zylinderförmigen Innenwand der Öffnung (5) und der zylinderförmig in Außenwand der Zwischenelemente (6) ein Zwischenraum (8) vorgesehen ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (5) durch gestufte Bohrungen gebildet sind und daß die Zwischenelemente (6) in radialer Richtung sich an der Bohrungsstufe abstützen und mit ihrem entgegengesetzten Ende etwa bis zu dem Eingang der jeweiligen Bohrung reichen.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Zwischenelement an seinem der Bohrungsöffnung zugewandten Ende eine vorzugsweise umlaufende, bevorzugt zur Mittellinie der Bohrung hin weisende Verdickung besitzt und daß diese Verdickung durch die Ausprägung umgriffen wird bzw. die Ausprägung in Höhe dieser Verdickung an dem Zwischenelement angreift (4, 6)
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausprägungen (17) des Halteteils (16) kraterförmig ausgestaltet sind und in den Randbereich des zugeordneten Zwischenelementes (19) eingreifen.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibring mit Hohlräumen für den Durchtritt von Kühlluft versehen ist und daß die Zwischenelemente in den Hohlräumen angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe nach einer der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Öffnungen (5) in die Bremsscheibe eingeformt werden und die Zwischenelemente (6) in die Öffnungen eingesetzt werden, daß der Reibring mit seiner inneren umlaufenden Ringfläche auf eine zugeordnete umlaufende Mantelfläche des Halteteils (2) in einer vorgegebenen Drehlage aufgesetzt wird und daß danach durch ein geeignetes Werkzeug die Ausprägungen an den Zwischenelementen gegenüberliegenden Stellen der Mantelfläche radial nach außen gerichtet eingebracht werden.