DE19822579A1 - Bremsscheibe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Bremsscheibe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsscheibe, insbeson­ dere für ein Kraftfahrzeug, aus einem scheibenförmigen Träger­ mittel und einem an oder auf dem Trägermittel angeordneten Bremsbelag.
Derartige Bremsscheiben sind bekannt und finden als Bestandteil von Bremsanlagen insbesondere bei Kraftfahrzeugen Verwendung. Bei den bekannten Bremsscheiben handelt es sich um Grauguß- Bremsscheiben, die aus einem Bremsscheibentopf als Trägermittel und einem an dem Umfang des Bremsscheibentopfes angeordneten, den Bremsbelag tragenden Reibring bestehen.
Bei den bekannten Grauguß-Bremsscheiben mit einem Ausdehnungs­ koeffizienten von ca. 10-5 K-1 tritt bei einer Erhöhung der Tem­ peratur bei Beaufschlagung mit den Reibbelägen der Bremsklötze eine radiale und, durch die Anbindung des Reibrings an den Bremsscheibentopf, eine axiale Ausdehnung (sogenannte Schir­ mung) auf. Um diese unerwünschte Schirmung möglichst gering zu halten, werden die bekannten Bremsscheiben mit Wärmedämmnuten versehen.
Aus dem Rennsport ist es bekannt, zur Erzielung höherer Brems­ scheibentemperaturen als Reibbeläge Werkstoffe aus der Gruppe der Kohlenstoffwerkstoffe und/oder Keramikwerkstoffe zu verwen­ den. Um die Belüftung derartiger Bremsscheiben zu erhöhen, wer­ den Bohrungen in der Bremsscheibe vorgesehen.
Die Befestigung des Reibringes an dem Bremsscheibentopf erfolgt durch eine Anzahl von Verbindungselementen, nämlich Schrauben, Distanzhülsen, Muttern, Gleitschuhen, Unterlegscheiben und der­ gleichen. Der Bremsscheibentopf hat die Aufgabe, Drehmomente zu übertragen und die Ausdehnung der unterschiedlichen Werkstoffe auszugleichen. Bei der Verwendung neuartiger Reibwerkstoffe aus der Gruppe der Kohlenstoffwerkstoffe und/oder der Keramikwerk­ stoffe muß er darüber hinaus der höheren Temperaturbelastung standhalten. Häufig wird aus diesem Grund eine schwimmende La­ gerung verwendet, die sich jedoch nachteilig auf den Komfort auswirkt. Des weiteren weisen aus Kohlenstoff- und/oder Kera­ mikwerkstoffen hergestellte Reibbeläge schlechte Kaltreibwerte auf und führen zu einem rauhen, holprigen Pedalgefühl für den Fahrer. Auch bei den bekannten Grauguß-Bremsscheiben wirken sich die in der Praxis auftretenden Fertigungstoleranzen beim Zusammenbau bezüglich Abweichungen im Planlauf und der Dicke nachteilig auf den Komfort auf.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bremsscheibe bereitzustel­ len, bei der die vorstehend erläuterten Nachteile bestehender Bremsscheiben ausgeräumt sind. Insbesondere soll eine einfach herstellbare und einbaubare Bremsscheibe bereitgestellt werden. Darüber hinaus soll die bereitzustellende Bremsscheibe über ei­ ne höhere Temperaturgrenze verfügen, ohne daß jedoch benachbar­ te Teile des Rades, insbesondere das Radlager und die Felge, einer höheren Temperaturbeanspruchung ausgesetzt sind, bei ge­ ringen Kosten und vorzugsweise geringem Gewicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Bremsscheibe mit den Merk­ malen des Hauptanspruches vorgeschlagen. Erfindungsgemäß umfaßt die Bremsscheibe ein scheibenförmiges Trägermittel und einen an oder auf dem Trägermittel angeordneten Bremsbelag, wobei der Bremsbelag mit dem Trägermittel einteilig ausgebildet ist. Eine derartige Bremsscheibe ist einfacher herstellbar und montierbar als bekannte Bremsscheiben, da weniger Einzelteile bei der Her­ stellung und bei der Montage handzuhaben sind. Darüber hinaus ist mit der erfindungsgemäßen Bremsscheibe eine Komfortverbes­ serung verbunden, da durch den Zusammenbau von Bremsring und Bremsscheibentopf bei bekannten Bremsscheiben verursachte Tole­ ranzen bei der erfindungsgemäßen Bremsscheibe aufgrund der ein­ teiligen Ausbildung nicht auftreten.
In Ausgestaltung der Erfindung besteht der Bremsbelag aus einem Hochleistungs-Reibmaterial aus der Gruppe der Kohlenstoffwerk­ stoffe und/oder der Keramikwerkstoffe. Vorteilhafterweise be­ steht auch das Trägermittel aus einem Material aus der Gruppe der Kohlenstoffwerkstoffe und/oder der Keramikwerkstoffe. Durch die Verwendung derartiger an sich bekannter Werkstoffe in einer erfindungsgemäßen einteiligen Bremsscheibe kommen weitere Vor­ teile der erfindungsgemäßen Bremsscheibe zum Tragen. Aufgrund der einteiligen Ausbildung der Bremsscheibe sowie der Verwen­ dung gleicher bzw. gleichartiger Materialien mit geringer Wär­ meleitung tritt das vorstehend beschriebene und als Schirmung bezeichnete Problem der temperaturbedingten Ausdehnung nicht mehr auf. Des weiteren wird aufgrund der geringen Wärmeleitung auch des Trägermittels nur ein geringer Anteil der beim Brems­ vorgang erzeugten Temperatur in das Radlager und in die Felge des abgebremsten Rades abgeleitet.
Vorzugsweise besteht das Trägermittel aus einem faserverstärk­ ten Keramik-Verbundwerkstoff.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Trägermittel einen topfförmigen Querschnitt mit abkragendem Rand auf. Durch diese topfförmige Ausgestaltung des Trägermittels in Anlehnung an die Form bekannter Bremsscheibentöpfe ist eine gute Drehmo­ mentübertragung gewährleistet. Dies gestattet darüber hinaus auch eine Montage der erfindungsgemäßen Bremsscheibe an beste­ hende Bremsanlagen.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Bremsbelag beidseits des abkragenden Randes des topfförmigen Trägermittels auf das Trägermittel aufgebracht.
In Ausgestaltung der Erfindung weist das Trägermittel zur Be­ lüftung dienende Aussparungen auf. Die erfindungsgemäßen Aus­ sparungen dienen als Kühlkanäle und müssen nicht mehr, wie bei den bekannten Bremsscheiben, nachträglich gebohrt oder mittels aufwendiger Fügetechnik aus zwei Bremsringhälften gebildet wer­ den. Vielmehr ist erfindungsgemäß die Ausbildung derartiger Aussparungen in den Fertigungsprozeß der einteiligen Brems­ scheibe integrierbar.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Trägermittel direkt an einer Radnabe befestigbar. Dadurch wird die Anzahl der zur Montage benötigten Teile weiter verringert. Vorteilhaf­ terweise erfolgt die Befestigung an der Radnabe mittels Bolzen, so daß die Anzahl der zur Montage notwendigen Teile weiter ver­ ringert wird.
Zur weiteren Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse mit den Merkmalen des Anspruches 10 vorgeschla­ gen. Demnach werden das Trägermittel und der Bremsbelag separat durch Pressen vorgeformt und anschließend gemeinsam in einem Preßwerkzeug geformt und verbunden. Dabei handelt es sich um einen besonders effizient und rationell durchführbaren Herstel­ lungsprozeß, der mit hoher Fertigungsgenauigkeit durchführbar ist.
Als besonders vorteilhaft erweist sich, wenn das Verfahren in Ausgestaltung der Erfindung als weiteren Schritt einen Prozeß zur Umwandlung des Preßproduktes zu sogenannten Carbon/Carbon- Material umfaßt. Durch einen derartigen Prozeß werden die Mate­ rialübergänge zwischen dem Bremsbelag und dem Trägermittel, die durch den beschriebenen Preßvorgang miteinander verbunden sind, aufgehoben. Das Resultat ist ein nahtloser Materialübergang, so daß von einer tatsächlichen einteiligen Ausbildung der erfin­ dungsgemäßen Bremsscheibe gesprochen werden kann. Dadurch wird eine besonders homogene Temperaturleitfähigkeit sowie eine be­ sonders gute Stabilität der Bremsscheibe erzielt.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein erstes Ausfüh­ rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe.
Fig. 2a zeigt einen Querschnitt durch ein zweites Ausfüh­ rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe gemäß der Schnittlinie II-II der Fig. 2b und
Fig. 2b zeigt eine Draufsicht auf das zweite Ausführungsbei­ spiel einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe.
Fig. 3a zeigt einen Querschnitt durch ein drittes Ausfüh­ rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe gemäß der Schnittlinie III-III der Fig. 3b und
Fig. 3b zeigt eine Draufsicht auf das dritte Ausführungsbei­ spiel einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf ein viertes Ausführungs­ beispiel einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Bremsscheibe.
Die Darstellung der Fig. 5 zeigt schematisch eine Bremsscheibe 110, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist und bei­ spielsweise im Rennsport Anwendung findet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur ein oberer Abschnitt der insgesamt rotationssymmetrischen Bremsscheibe dargestellt.
Die bekannte Bremsscheibe 110 umfaßt einen Bremsscheibentopf 112 und einen an dem Umfang des Topfes 112 befestigten Reibring 114. Der Reibring 114 ist mittels einer Distanzbuchse 116 sowie einer sich durch die Distanzbuchse 116 erstreckenden Sechskant­ schraube 118 und einer auf das durch die Distanzbuchse 116 ra­ gende Ende der Sechskantschraube 118 aufgesteckten Unterlag­ scheibe 120 und Sechskantmutter 122 an einer dafür vorgesehenen Bohrung des Bremsscheibentopfes 112 befestigt.
Durch diese Anbindung genannte Befestigung des Reibringes 114 an dem Bremsscheibentopf 112 tritt aufgrund unterschiedlicher Wärmeleit- und Ausdehnungskoeffizienten bei Temperatureinwir­ kung eine axiale Ausdehnung, die sogenannte Schirmung, auf.
Bei der in der Fig. 5 dargestellten bekannten Bremsscheibe handelt es sich um eine sogenannte Carbon-Bremsscheibe, wie sie beispielsweise im Rennsport eingesetzt wird. Dabei besteht der Reibring 114 aus einem Kohlenstoffwerkstoff und der Bremsschei­ bentopf 112 aus Stahl. Der Reibring 114 ist mittels der vorste­ hend erläuterten Elemente 116 bis 122 an dem Bremsscheibentopf 112 befestigt. Kühlkanäle zur Innenbelüftung der Bremsscheibe müssen bei der bekannten Bremsscheibe spanabhebend bearbeitet, also einzeln gebohrt werden. Aufgrund der Tatsache, daß die Bremsscheibe aus der Zusammenfügung und Anbindung zweier Teile (Bremsscheibentopf 112 und Reibring 114) erzeugt wird, leidet die Planlaufgenauigkeit der Bremsscheibe und somit deren Wir­ kungsgrad. Zur Vermeidung der Schirmung ist die dargestellte aufwendige Verbindungstechnik notwendig.
Fig. 1 zeigt das Grundprinzip der Erfindung anhand eines er­ sten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Bremsschei­ be. Die in Fig. 1 dargestellte Bremsscheibe 10 umfaßt ein Trä­ germittel 12 und einen einteilig mit dem Trägermittel 12 ausge­ bildeten Bremsbelag 14. Das Trägermittel 12 weist im wesentli­ chen die Form einer Scheibe mit topfförmigen Querschnitt und einem abkragend ausgebildeten Topfrand 16 auf. Der Bremsbelag 14 ist zu beiden Seiten des abkragenden Topfrandes 16 angeord­ net und einteilig mit dem Trägermittel 12 ausgebildet. Das Trä­ germittel 12 ist mittels nicht näher dargestellten Buchsen an dafür vorgesehenen Bohrungen an einer Radnabe 18 befestigt, wo­ bei zur Verstärkung der Bohrungen Metallbuchsen 20 vorgesehen sein können.
Das Trägermittel 12 und der Bremsbelag 14 bestehen erfindungs­ gemäß aus einem Hochleistungs-Reibwerkstoff aus der Gruppe der Kohlenstoffwerkstoffe und/oder der Keramikwerkstoffe. Bei dem Material des Trägermittels 12 handelt es sich vorteilhafterwei­ se um laminiertes Material, um eine besonders gute Festigkeit zur Drehmomentübertragung zu erzielen. Für den Bremsbelag 14 wird vorteilhafterweise sogenanntes "gechopptes" Reibbelagmate­ rial verwendet. Das Material für das Trägermittel 12 und das Material für den Bremsbelag 14 wird mittels Preßformung in grü­ nem Zustand (d. h. nicht ausgehärtet) in die gewünschte Form vorgeformt, um anschließend in einem gemeinsamen Werkzeug wei­ ter geformt und verbunden zu werden. Daran schließt sich ein Verfahren zum Aushärten an, wobei eine Umwandlung der Materia­ lien des Trägermittels 12 und des Bremsbelages 14 zu einem Car­ bon/Carbon-Material erfolgt. Dadurch wird ein besonders guter und fester Übergang zwischen den verwendeten Materialien für das Trägermittel 12 und den Bremsbelag 14 erzielt, so daß eine einteilige Ausbildung der Bremsscheibe 10 vorliegt. Die endgül­ tige Fertigbearbeitung der Bremsscheibe 10 erfolgt durch be­ kanntes Drehen und Schleifen.
In der Fig. 1 sind des weiteren in gestrichelter Darstellung Bremsklötze 22 gezeigt, die mit geringem Luftspiel beiderseits der Bremsbeläge 14 angeordnet sind. Die Betätigung der Bremse erfolgt in bekannter Art und Weise durch Beaufschlagung der Bremsbeläge 14 durch die Bremsklötze 22.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ei­ ner erfindungsgemäßen Bremsscheibe handelt es sich um eine mas­ sive Bremsscheibe ohne Kühlbohrungen oder -kanäle. Die Fig. 2a und 2b zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Bremsscheibe 30. Fig. 2b zeigt eine Draufsicht auf die Bremsscheibe 30, während Fig. 2a einen Schnitt durch die Bremsscheibe 30 gemäß der Schnittlinie II-II zeigt.
Die Bremsscheibe 30 umfaßt erfindungsgemäß ein Trägermittel 32, das einen topfförmigen Querschnitt aufweist (Fig. 2a). Die Scheibe des Trägermittels 32 weist eine zentrale Ausnehmung 36 zum Aufsetzen der Bremsscheibe 30 auf eine (nicht dargestellte) Radnabe auf. Im Bereich um die zentrale Ausnehmung 36 sind fünf Bohrungen 38 zum Befestigen des Trägermittels 32 an der Radnabe symmetrisch angeordnet.
Beiderseits des abkragenden Randes 40 des Trägermittels 32 ist ein Bremsbelag 34 aufgebracht und einteilig mit dem Trägermit­ tel 32 ausgebildet, wie dies vorstehend erläutert wurde. Die Bremsbeläge 34 weisen mehrere Ventilationsbohrungen 42 auf, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel radial symmetrisch an­ geordnet sind. Wie aus der Darstellung der Fig. 2a ersichtlich ist, ragen die Bremsbeläge 34 über den Rand 40 des Trägermit­ tels 32 hinaus, so daß zur Kühlung beitragende Zwischenräume 44 entstehen.
Ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brems­ scheibe ist in den Fig. 3a und 3b dargestellt. Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Bremsscheibe 50, Fig. 3a zeigt einen Querschnitt durch diese Bremsscheibe 50 ge­ mäß der Schnittlinie III-III.
Die erfindungsgemäße Bremsscheibe 50 umfaßt ein Trägermittel 52, das wie vorstehend erläutert, einen topfförmigen Quer­ schnitt mit abkragendem Topfrand 60 aufweist. In dem Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 3a und 3b ist der Topfrand 60 nicht wie im Beispiel der Fig. 2a und 2b umlaufend gleichmäßig ausgebildet, sondern weist in der Draufsicht Aussparungen 62 auf, die dem Topfrand 60 ein sternförmiges Aussehen verleihen.
Beidseitig der zwischen den Aussparungen 62 liegenden Abschnit­ te des Topfrandes 60 ist ein umlaufender Bremsbelag 54 aufge­ bracht und, wie vorstehend erläutert, einteilig mit dem Träger­ mittel 52 verbunden. In den Bereichen der Aussparungen 62 ent­ stehen somit zwischen den gegenüberliegenden Bremsbelägen 54 zur Kühlung dienende Zwischenräume. Zusätzlich zu den zur Bremsscheibenkühlung dienenden Aussparungen 62 des Topfrandes 60 verfügen die Bremsbeläge über eine Anzahl von Ventilations­ bohrungen 64.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf ein weiteres, viertes Ausfüh­ rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe. Die in Fig. 4 dargestellte Bremsscheibe 70 umfaßt entsprechend den vor­ stehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ein Trägermittel 72 und einen an einem abkragenden Topfrand 80 des Trägermittels 72 beidseitig angeordneten Bremsbelag 74. Wie das in den Fig. 3a und 3b dargestellte Ausführungsbeispiel verfügt auch die in Fig. 4 dargestellte Bremsscheibe 70 über in dem abkragenden Topfrand 80 vorgesehene Aussparungen 82, welche die Form läng­ licher schmaler Einschnitte aufweisen, die schmaler aber zahl­ reicher sind als die Aussparungen 62 des Ausführungsbeispieles der Fig. 3a und 3b. Im Gegenzug weist der Bremsbelag 74 des Ausführungsbeispieles der Fig. 4 keine zusätzlichen Ventila­ tionsbohrungen auf.

Claims (10)

1. Bremsscheibe aus einem scheibenförmigen Trägermittel (12; 32; 52; 72) und einem an oder auf dem Trägermittel (12; 32; 52; 72) angeordneten Bremsbelag (14; 34; 54; 74), dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsbelag (14; 34; 54; 74) mit dem Trägermittel (12; 32; 52; 72) einteilig ausgebildet ist.
2. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsbelag (14; 34; 54; 74) aus einem Hochleistungs-Reib­ material aus der Gruppe der Kohlenstoffwerkstoffe und/oder der Keramikwerkstoffe besteht.
3. Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermittel (12; 32; 52; 72) aus einem Material aus der Gruppe der Kohlenstoffwerkstoffe und/oder der Keramikwerk­ stoffe besteht.
4. Bremsscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermittel (12; 32; 52; 72) aus faserverstärktem Keramik- Verbundwerkstoff besteht.
5. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Trägermittel (12; 32; 52; 72) einen topfförmigen Querschnitt mit abkragendem Rand (16; 40; 60; 80) aufweist.
6. Bremsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beidseits des abkragenden Randes (16; 40; 60; 80) der Bremsbe­ lag (14; 34; 54; 74) auf das Trägermittel (12; 32; 52; 72) auf­ gebracht ist.
7. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Trägermittel (12; 32; 52; 72) zur Belüf­ tung dienende Aussparungen (62; 82) aufweist.
8. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (12; 32; 52; 72) direkt an einer Radnabe (18) befestigbar ist.
9. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung des Trägermittels (12; 32; 52; 72) an einer Radnabe (18) mittels Bolzen erfolgt.
10. Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Träger­ mittel (12; 32; 52; 72) und der Bremsbelag (14; 34; 54; 74) se­ parat durch Pressen vorgeformt werden und anschließend gemein­ sam in einem Preßwerkzeug geformt und verbunden werden.
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