DE102012024497A1

DE102012024497A1 - Innenbelüftete Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102012024497A1
Application number: DE201210024497
Authority: DE
Inventors: Hatem Shahin
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine innenbelüftete Bremsscheibe (10) für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Bremsscheibentopf (12) sowie einen Kühlkanäle (14) und Reibflächen (16) aufweisenden Ringkörper (18). Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass Bremsscheibentopf (12) und Ringkörper (18) als ein einteiliges Leichtmetallgussteil – Tragteil (20) – ausgebildet sind, an dem als separate Bauteile ausgebildete, die Reibflächen (16) aufweisende Reibringe (22) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine innenbelüftete Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.
Innenbelüftete Bremsscheiben mit einem aus einem ersten Material ausgebildeten, die Reibflächen aufweisenden, Reibring und einem aus einem zweiten Material ausgebildeten Bremsscheibentopf sind hinreichend bekannt. Es ist weiterhin bekannt, aus Gründen der Gewichtsreduzierung den Bremsscheibentopf aus einer Leichtmetalllegierung auszubilden. Die Verbindung zwischen Reibring und Bremsscheibentopf kann verschiedenartig ausgebildet sein, z. B. durch Zusatzelemente, wie Stifte, Tubes und Schrauben oder direkt durch Zapfen, Stege, Laschen oder Einbauten.
Eine gattungsgemäße, sämtliche Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruches 1 aufweisende Bremsscheibe ist in der EP 0 985 843 A1 offenbart.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine innenbelüftete Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass die Bremsscheibe ein geringeres Bauteilgewicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
Die Unteransprüche 2 bis 5 bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
In bekannter Art und Weise umfasst die innenbelüftete Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs einen Bremsscheibentopf sowie einen Kühlkanäle und Reibflächen aufweisenden Ringkörper.
Erfindungsgemäß sind der Bremsscheibentopf sowie der die Kühlkanäle aufweisende Ringkörper als ein einteiliges Leichtmetallgussteil ausgebildet, an dem als separate Bauteile ausgebildete, die Reibflächen aufweisende, aus einem anderen Material bestehende, Reibringe angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Bremsscheibentopfes und des Ringkörpers als ein einteiliges Leichtmetallgussteil, nachfolgend auch als Tragteil bezeichnet, hat den Effekt, dass der Hauptteil der Bremsscheibe aus der Leichtmetalllegierung ausgebildet. D. h. die erfindungsgemäße Bremsscheibe weist einen im Vergleich zum Stand der Technik größeren Leichtmetall-Anteil auf und ist somit wesentlich leichter als die aus dem Stand der Technik bekannten Bremsscheiben.
Vorteilhaft ist zudem, dass aufgrund des Mehranteils der Leichtmetalllegierung an der Bremsscheibe, mit gleicher Masse ein größerer Durchmesser realisierbar ist, d. h. die Scheibe weist einen größeren effektiven Radius auf, was sich vorteilhaft auf das Bremsverhalten auswirkt.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der bei der erfindungsgemäßen Bremsscheibe vorliegenden großflächigen Verbindung zwischen zwei unterschiedlichen Werkstoffen, z. B. Tragteil aus Aluminiumlegierung, Reibringe aus Grauguss. Gemäß dem Stand der Technik erfolgt die Wärmeleitung über lokale Stellen, wie Zapfen, Stifte. Hierdurch treten lokale erhöhte thermischen Spannungen auf, die zu Rissen führen können. Die erfindungsgemäße Bremsscheibe hat den Vorteil, dass aufgrund der großflächigen Verbindung eine homogenere Wärmeleitung sichergestellt ist, was sich positiv auf die Festigkeit und die Lebensdauer auswirkt.
Vorzugsweise ist das Tragteil, d. h. das den Bremsscheibentopf und den Ringkörper umfassende einteilige Gussteil aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Die Ausbildung des Tragteils als Gussteil aus einer Aluminiumlegierung erweist sich als besonders vorteilhaft, da Aluminium bzw. eine entsprechende Aluminiumlegierung neben einem geringen spezifischen Gewicht eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. Durch das Gewichtssparpotential in Verbindung mit der guten Wärmeleitfähigkeit können nun in vorteilhafter Weise Rippen und Stege im Kühlkanal versteift und im Hinblick auf die Gesamtsteifigkeit der Bremsscheibe optimiert werden, da durch das schnelle Kühlen bzw. die der besseren Wärmeabfuhr an die Umgebung die maximal zu erwartenden Temperarturen geringer sind. Der Mehranteil an Aluminiumlegierung an der Bremsscheibe wirkt sich zudem positiv auf die Dämpfungseigenschaften der Bremsscheibe im Hinblick auf die Noise-Vibration-Harshness (NVH)-Entwicklung der Bremsscheibe aus.
Wegen seiner guten mechanischen und thermischen Eigenschaften sind die Reibringe vorzugweise als Graugussteil ausgebildet.
Vorzugsweise sind die Reibringe stoffschlüssig mit dem Tragteil verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Reibringen und dem Tragteil erweist sich als besonders vorteilhaft, da für die Fügung der Bauteile Reibringe und Tragteil keine weitere Verbindungsmittel, wie z. B. Stifte, Schrauben oder dergleichen, erforderlich sind und daher die stoffschlüssige Verbindung eine gewichtsoptimierte Fügung gewährleistet.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Reibringe mittels Reibschweißen mit dem Tragteil verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung mittels Reibschweißen hat den Vorteil, dass hohe Festigkeiten bei geringer thermischer Werkstoffbelastung erzielbar sind.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs anzugeben, dass eine kostengünstige Herstellung der Bremsscheibe ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 6 gelöst.
Der Unteranspruch 7 bildet eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung.
Das Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse umfasst die Verfahrensschritte:

• Herstellung einer den Bremsscheibentopf und den Ringkörper – nachfolgend auch als Tragteil bezeichnet – umfassenden ersten Gussform;
• Herstellung eines Kerns zur Ausbildung von Kühlkanälen im Tragteil;
• Herstellung einer zweiten Gussform für die Reibringe;
• Einlegen des Kerns in die erste Gussform;
• Gießen des Tragteils und der Reibringe;
• Abkühlen des gegossenen Tragteils und der Reibringe;
• Entfernen des Kerns aus dem Tragteil;
• Spanende Bearbeitung der Reibflächen der Reibringe;
• Stoffschlüssige Verbindung von Reibringen und Tragteil.

Da gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren lediglich die Reibflächen der Reibringe spanend bearbeitet werden, ist eine kostengünstige Fertigung der Bremsscheibe gewährleistet. Neben der kostengünstigen Fertigung haben die großen, unbearbeiteten Flächen zwischen Reibring und Tragteil den weiteren Vorteil, dass eine bessere mikroskopische Haftung gewährleistet ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden die Reibringe und das Tragteil mittels Reibschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden. Das Verbinden mittels Reibschweißen erweist sich fertigungstechnisch als besonders vorteilhaft, da Reibschweißen kurze Schweißzeiten benötigt und keine bzw. geringe Schweißnahtvorbereitungen erforderlich sind. D. h. mittels Reibschweißen ist eine kostengünstige Herstellung der Bremsscheibe gewährleistet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
In der Zeichnung bedeutet:
1 eine Schnittdarstellung einer innenbelüfteten Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs nach dem Stand der Technik;
2 eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen innenbelüfteten Bremsscheibe;
3 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsscheibe in Schnittdarstellung, und
4 ein Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsscheibe.
In der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung von Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung erforderlich oder sinnvoll ist.
1 zeigt eine insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete innenbelüftete Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs nach dem Stand der Technik.
Die innenbelüftete Bremsscheibe 10 umfasst einen Bremsscheibentopf 12 sowie einen Kühlkanäle 14 und Reibflächen 16 aufweisenden Ringkörper 18. Über hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Verbindungsmittel sind der Ringkörper 18 und Bremsscheibentopf 12 miteinander verbunden.
In bekannter Art und Weise ist aus Gründen der Gewichtsreduzierung der Bremsscheibentopf 12 aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Zudem ist in bekannter Art und Weise der die Kühlkanäle 14 und die Reibflächen 16 aufweisende Ringkörper 18 aus Grauguss ausgebildet.
Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsscheibe 10 ist in 2 dargestellt.
Wie 2 zu entnehmen ist, sind erfindungsgemäße der Bremsscheibentopf 12 sowie der die Kühlkanäle 14 aufweisende Ringkörper 18 als ein einteiliges Bauteil ausgebildet. Das einteilige, den Bremsscheibentopf 12 und Ringkörper umfassende Bauteil wird nachfolgend vereinfacht auch als Tragteil 20 bezeichnet.
Bei dem Tragteil 20 handelt es sich vorliegend um ein Gussteil aus einer Aluminiumlegierung.
Wie 2 weiter zu entnehmen ist, sind am einteilig ausgebildeten Tragteil 20 zwei, die Reibfläche 16 aufweisende Reibringe 22 angeordnet. Die Reibringe 22 sind vorliegend mittels Reibschweißen stoffschlüssig mit dem Tragteil 22 verbunden.
Da bei der erfindungsmäßen Bremsscheibe 10 das Tragteil 20, d. h. sowohl der Bremsscheibentopf 12 als auch der die Kühlkanäle aufweisende Ringkörper 18, aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet sind, weist die erfindungsgemäße Bremsscheibe 10 ein im Vergleich zum Stand der Technik geringeres Bauteilgewicht auf.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsscheibe 10 ist in 3 dargestellt.
In Übereinstimmung mit der in 2 dargestellten Ausführungsform, ist auch bei dieser Ausführungsform das einteilige Tragteil 20 der Bremsscheibe 10 aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Abweichend von der in 2 beschriebenen Ausführungsform, weist die in 3 dargestellte Bremsscheibe 10 mehrere, separat ausgebildete, aus Grauguss ausgebildete Reibringe 22 auf, die jeweils mittels einer durch Reibschweißen hergestellten stoffschlüssigen Verbindung mit dem Tragteil 20 verbunden sind.
Eine weitere konstruktive Gestaltungsmöglichkeit ist 4 zu entnehmen. Die Kühlkanäle 14 verlaufen dabei nicht mehr im „Innern” des Ringkörpers 18, sondern sind als nutförmige Vertiefung auf der den Reibringen 22 zugewandten Oberflächen des Tragteils 20 angeordnet.
Bezugszeichenliste

10: innenbelüftete Bremsscheibe
12: Bremsscheibentopf
14: Kühlkanäle
16: Reibfläche
18: Reibkörper
20: Tragteil
22: Reibring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0985843 A1 [0003]

Claims

Innenbelüftete Bremsscheibe (10) für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Bremsscheibentopf (12) sowie einen Kühlkanäle (14) und Reibflächen (16) aufweisenden Ringkörper (18), dadurch gekennzeichnet, dass Bremsscheibentopf (12) und Ringkörper (18) als ein einteiliges Leichtmetallgussteil – Tragteil (20) – ausgebildet sind, an dem als separate Bauteile ausgebildete, die Reibflächen (16) aufweisende Reibringe (22) angeordnet sind.
Innenbelüftete Bremsscheibe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das den Bremsscheibentopf (12) und den Ringkörper (18) umfassende Gussteil aus einer Aluminium-Legierung ausgebildet ist.
Innenbelüftete Bremsscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibringe (22) als Graugussteil ausgebildet sind.
Innenbelüftete Bremsscheibe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibringe (22) stoffschlüssig mit dem einteiligen, den Bremsscheibentopf (12) und den Ringkörper (18) bildenden Gussteil verbunden sind.
Innenbelüftete Bremsscheibe (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibringe (22) mittels Reibschweißen mit dem einteiligen, den Bremsscheibentopf (12) und den Ringkörper (18) bildenden Gussteil verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend die Verfahrensschritte – Herstellung einer den Bremsscheibentopf (12) und den Ringkörper (18) – Tragteil (20) – umfassenden ersten Gussform; – Herstellung eines Kerns zur Ausbildung von Kühlkanäle (14) im Tragteil (20); – Herstellung einer zweiten Gussform für die Reibringe (22); – Einlegen des Kerns in die erste Gussform; – Gießen des Tragteils (20) und der Reibringe (22); – Abkühlen des gegossenen Tragteils (20) und der Reibringe (22); – Entfernen des Kerns aus dem Tragteil (20); – Spanende Bearbeitung der Reibflächen (16) der Reibringe (22); – Stoffschlüssige Verbindung von Reibringen (22) und Tragteil (20).
Innenbelüftete Bremsscheibe (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibringe (22) und das Tragteils (20) mittels Reibschweißen stoffschlüssig verbunden werden.