DE10262072A1

DE10262072A1 - Zusammengesetzte Bremsscheibe

Info

Publication number: DE10262072A1
Application number: DE10262072A
Authority: DE
Inventors: Herbert Alber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2022-12-12
Also published as: DE10262071A1; DE10262070A1; DE10262070B4; DE10262072B4; DE10257719A1; DE10257719B4

Abstract

Es wird eine zusammengesetzte Bremsscheibe für Hochleistungs-Bremsanlagen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Bremsring und einem zum Ausgleich unterschiedlicher Temperaturausdehnungen schwimmend damit verbundenen Bremsscheibentopf beschrieben. Um einen unerwünschten Schlag des Bremsringes bei Temperaturausdehnungen zu vermeiden ist vorgesehen, dass die schwimmende Verbindung zusätzlich spielfrei und elastisch vorgespannt unter Federlast eines Kraftspeichers ausgebildet ist, wobei im Bremsscheibentopf radial nach außen gerichtete Führungsnuten vorhanden sind, in denen verschiebbare Nutensteine angeordnet sind, und dass ein in die Nutensteine eingreifender Führungsbolzen an seiner bremsringseitigen Anlagefläche elastisch in einen Spannring eingespannt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine zusammengesetzte Bremsscheibe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Derartige Bremsscheiben werden für Kraftfahrzeuge verwendet. Ein typischer Aufbau ist in der DE 199 15 215 A1 beschrieben.
In der Autoindustrie geht der Trend zum Einsatz immer größerer Motoren. Die sich hieraus ergebenden Forderungen an die Bremsanlage können nur durch Hochleistungs- und Hochgeschwindigkeits- Bremsanlagen erfüllt werden.
Das Problem mit Hochleistungsbremsanlagen und zusammengesetzten Bremsscheiben ist, dass der mit dem Bremsring verbundene Reibring durch das Einwirken der Bremskraft (bis zur hellen Rotglut) sehr heiß wird, während demgegenüber der Bremsscheibentopf relativ kalt bleibt. Der Bremsring dehnt sich durch die Hitzeeinwirkung aus, der Topf bleibt relativ form-konstant.
Dies führt zu großen Spannungen in der Bremsscheibe, was sich beim Bremsen negativ auswirkt.
Auswirkungen sind die Beeinträchtigung der Zuverlässigkeit der Bremsanlage, Rundlauffehler der Bremsscheibe, Geräusche (Pfeifen, Schwingungen usw.), Rubbeln, Verschleiß, Komfortminderung, Rissbildung, Bremsscheibenbruch, kurze Lebensdauer.
Zur Behebung der oben angegebenen Probleme sollte eine Konstruktion einer mehrteiligen, zusammengesetzten Bremsscheibe, dafür sorgen, dass der Bremsring immer plan läuft und sich bei Bedarf radial ausdehnen oder zusammenziehen kann, wobei das Zentrum des Topfes auch immer dem Zentrum des Ringes entspricht, um eine Unwucht der Bremsscheibe zu vermeiden. Die Führung des Bremsscheibenringes sollte hierbei ohne Spiel sein, damit die Bremsscheibe nicht zu Klappern und Schlagen anfängt.
Bei der DE 199 15 215 A1 wird die Verbindung zwischen dem Bremsscheibentopf und dem Bremsring (Bremsscheibe) in der Art einer drehbaren Bajonett-Verbindung ausgeführt. Hierbei weist der Bremsscheibentopf eine Anzahl von Verbindungslaschen auf, die sich in einer Ebene parallel und erhöht zur Oberfläche des Bremsringes erstrecken. Der Bremsring weist seinerseits fünf Aufnahmeaugen mit Schlitzen zur Aufnahme der Endabschnitte der Verbindungslaschen des Bremsscheibentopfes auf. Der Zusammenbau der Bremsscheibe erfolgt durch Einführen des Bremsscheibentopfes in die Zwischenräume zwischen den Aufnahmeaugen, wobei nachfolgend der Bremsscheibentopf um ein bestimmtes Winkelmaß verdreht wird, so dass die Verbindungslaschen in maßlich eng tolerierter Passung in die Schlitze eingeführt werden.
Die Sicherung der Verbindung erfolgt über jeweils einen Befestigungsbolzen, der sich mit seinem kopfseitigen Ende an einer Fläche des Bremsscheibentopfes anlegt und der mit seinem bolzenseitigen Ende eine Bohrung im Bremsring durchsetzt. Das schaftseitige Ende des Befestigungsbolzens ragt aus der Bohrung heraus und ist mit einem Sicherungsring am Bremsring gesichert.
Damit ist der Befestigungsbolzen gegen Herausfallen gesichert und die Verbindung zwischen dem Bremsring und dem. Bremsscheibentopf ist als schwimmende Verbindung anzusehen, die ein radiales Spiel beim Erwärmen der Bremsscheibe in Bezug zum Bremsscheibentopf erlaubt.
Es liegt allerdings keine präzise Planführung zwischen dem Bremsscheibentopf und dem Bremsring vor, weil es sich um eine reine Bajonett-Drehverbindung handelt, bei der die sich berührenden Verbindungsflächen nicht spielfrei aneinander liegen.
Damit besteht der Nachteil, dass die Bremsscheibe zwar ein radiales Wärmeausdehnungsspiel hat, bei höheren Geschwindigkeiten aber unrund läuft, zum Schlagen neigt und dadurch die Lebensdauer der Bremsscheibe stark herabgesetzt ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die schwimmende Verbindung zwischen einem Bremsring und einem Bremsscheibentopf so weiterzubilden, dass der Bremsscheibe eine höhere Lebensdauer zugeordnet wird.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die schwimmende Verbindung zusätzlich spielfrei und elastisch ausgebildet ist.

Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass nun die Bremsscheiben absolut spielfrei und plangeführt werden. Damit wird die Lebensdauer wesentlich verbessert, weil es zu einem Schlag in der Bremsscheibe auch bei Wärmeausdehnungen und bei höheren Umdrehungszahlen nicht kommt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung, nämlich der Anordnung einer spielfreien, elastischen Verbindung ist, dass man nun als Reibring sehr harte und hitzebeständige Werkstoffe (z. B. aus Keramik) einsetzen kann. Dies erbringt eine höhere Lebensdauer, weniger Verschleiß und eine wesentliche Gewichtseinsparung der Bremsscheiben und der ungefederten Massen. Damit können nun erstmals Hochgeschwindigkeitsbremsanlagen mit bisher nicht bekannter Standzeit ausgeführt werden.

Bei Keramikbremsscheiben in Verbindung mit Bremstöpfen aus Stahl, Edelstahl oder Aluminium ist die Wärmeausdehnung zwischen den Teilen besonders groß. Die Bremsscheiben müssen daher hochgenau, spielfrei und plangeführt werden. Die Federkraft wird in einer bevorzugten ersten Ausgestaltung durch jeweils eine Tellerfeder aufgebracht, welche auf dem bolzenseitigen Ende der Befestigungsschraube aufsitzt und zwischen der Mutter und der Spannscheibe angeordnet ist. Statt einer Tellerfeder können selbstverständlich erfindungsgemäß sämtliche anderen, bekannten Kraftspeicher als elastisches Element verwendet werden. Ein derartiger Kraftspeicher kann beispielsweise auch als Befestigungsschraube ausgebildet sein, die entsprechend federnde Ansätze aufweist, die sich an der Umgebung der Langlöcher des Bremsscheibentopfes anlegen und hiermit dem Bremsscheibentopf ebenfalls mit definierter Kraft auf den fest mit dem Bremsring verbundenen Bolzen ziehen.

Es müssen auch keine Tellerfedern sein, sondern alle bekannten Kraftspeicher, wie z. B. Sonderfedern, Viereckfedern, Wellfedern, Schraubendruckfedern oder elastomere Büchsen, die im Verbindungsbereich zwischen der Spannmutter und der Spannscheibe eingesetzt sind, können verwendet werden.

Es ist vorgesehen, dass radial nach außen gerichtete Führungsnuten (die entweder radial auswärts geöffnet oder geschlossen sind) vorhanden sind, in welche zugeordnete Nutensteine eingreifen. Diese Nutensteine sind damit in radialer Richtung verschiebbar in den radial nach außen gerichteten Führungsnuten geführt und der in die Nutensteine eingreifende Führungsbolzen ist an seiner bremsringseitigen Anlagefläche elastisch eingespannt. Diese elastische Einspannung kann wiederum über einen elastischen Kraftspeicher, wie z. B. eine Tellerfeder, erfolgen.

Mit dem gegebenen Ausführungsbeispiel, das nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben wird, ergibt sich der Vorteil, dass die Bremsscheibe unabhängig von ihrer Temperatur stets spielfrei, spannungsarm und präzise geführt wird.

Aufgrund dieser Tatsachen ergibt sich der Vorteil, dass nun hochbelastete Bremsscheiben auch für Hochgeschwindigkeitskraftfahrzeuge eingesetzt werden können, bei denen sehr hohe Bremsleistungen gefordert sind. Dies ist ein wesentliches Merkmal zur Erhöhung der aktiven Sicherheit.

Bei der Lösung nach dem Stand der Technik ( DE 199 15 215 A1 ) führte eine starke Temperaturerhöhung der Bremsscheibe zu einer Veränderung des bestehenden Spiels zwischen dem Bremsring und dem Bremsscheibentopf. Dies wird nach der vorliegenden Erfindung vermieden, weil durch die elastische Verbindung zwischen dem Bremsring und dem Bremsscheibentopf dieses sich verändernde Spiel ausgeglichen wird.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellende Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

Es zeigen:

1: Stirnansicht des Bremsscheibentopfes

2: Schnitt durch die Anordnung nach 1 in Pfeilrichtung II-II

3: Schnitt durch die Anordnung nach 1 in Pfeilrichtung III-III

4: die Einzelteildarstellung der Verbindungselemente nach 2

5: die Einzelteildarstellung der Verbindungselemente nach 3 Soweit in den Figuren nur eine einzige schwimmende Verbindung zwischen Bremsscheibe und Bremsscheibentopf dargestellt ist, versteht es sich von selbst, dass eine Vielzahl derartiger Verbindungen gleichmäßig am Umfang verteilt vorhanden sind.

In den 3 und 4 ist ein Bremsring 1 dargestellt, der in nicht näher dargestellter Weise mit einem Bremsscheibentopf verbunden ist. Diese Bremsscheibe kann aus Guss, ist jedoch bevorzugt aus einem Keramikmaterial oder aus einem Keramik-Faser-Verbundmaterial hergestellt.

Die Verbindung zwischen dem Bremsring 1 und dem Bremsscheibentopf 20 ist erfindungsgemäß spielfrei, schwimmend und elastisch ausgebildet.

Bei entsprechender Temperaturerhöhung des Bremsringes kann dieser damit in den Pfeilrichtungen 18 ein radiales Spiel in Bezug zu dem Bremsscheibentopf 20 ausführen.

Die 1 bis 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel für die spielfreie, radiale Verschiebeführung des Bremsringes 1 auf dem Bremsscheibentopf 20.

Hierbei ist in 1 die Stirnansicht des Bremsscheibentopfes 20 dargestellt, wobei erkennbar ist, dass dieser am Umfang verteilt Radschraubenbohrungen 47 aufweist, mit denen er in bekannter Weise mittels Radschrauben auf einer entsprechenden Nabe des Fahrzeuges angeschraubt wird.

Über diesem Anschraubbereich weist der Bremsscheibentopf einen zurückversetzten Befestigungsring 48 auf, der Teil des Bremsscheibentopfes 20 ist.

Am Umfang dieses Befestigungsringes 48 sind in gleichmäßigen Abständen Bohrungen 52 für Abstandshalter angeordnet, die in Verbindung mit der 3 näher beschrieben werden. Ferner sind im regelmäßigen Abstand am Umfang verteilt in radialer Richtung nach außen gerichtete Führungsnuten 49 angeordnet, in welche jeweils ein Nutenstein 50 eingesetzt ist, der beispielsweise in den 2 und 4 noch näher dargestellt ist.

Der jeweilige Nutenstein 50 ist hierbei in Pfeilrichtung 51 verschiebbar in der jeweiligen Führungsnut 49 im Bremsscheibentopf 20 gehalten.

Die 2 zeigt diese besondere Befestigung. Es ist erkennbar, dass der Nutenstein 50 eine Bohrung 80 aufweist, in welche das Schaftende eines Führungsbolzens 53 spielfrei eingreift, der an der gegenüberliegenden Seite einen Vierkantkopf aufweist. Der Führungsbolzen 53 greift durch die regelmäßig am Umfang des Bremsringes angeordneten Bohrungen hindurch und im Bereich des als Vierkant ausgebildeten Kopfes 54 ist eine Ausnehmung für die Aufnahme eines Federelementes 57 vorgesehen, welches bevorzugt als Tellerfeder ausgebildet ist.

Auf diese Tellerfeder wird nun ein separater Spannring 55 aufgelegt, so dass die Ausnehmungen 56 in dem Spannring 55 zur Anlage an der Spannfläche des Federelementes 57 kommen.

Die Vierkantausnehmung 56 im Spannring, welche den Vierkant 54 und das Federelement 57 aufnimmt, erlaubt ein entsprechendes radiales Spiel des Bremsringes 1, so dass dieser auf der Seite des Bremsscheibentopfes über die vorher beschriebenen Nutensteine 50 in radiale Richtung verschiebbar ist und auf der gegenüberliegenden Seite durch Verschiebung des Vierkantkopfes 54 im Bereich der Ausnehmung 56 des Spannringes 55.

Die Befestigung des Spannringes 55 wird anhand der 3 und 5 näher erläutert.

Der Spannring 55 trägt gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnete Gewindebohrungen 81, in welche das bolzenseitige Ende einer Gewindeschraube 59 eingreift, die von der Seite des Bremsscheibentopfes 20 in einer zugeordneten Bohrung 66 des Bremsscheibentopfes eingreift und dort eine mehrfach abgestufte Bohrung durchsetzt. Von der Ausnehmung 66 ausgehend, schließt sich eine Bohrung 65 verringerten Durchmessers an, die ihrerseits in einer Ausnehmung 64 vergrößerten Durchmessers übergeht.

In diese Ausnehmung 64 greift das stirnseitige Ende eines Distanzrohres 60 ein, dessen anderes, gegenüberliegendes stirnseitiges Ende in den Bereich einer Ausnehmung 67 des Spannringes 55 eingreift.

Die zur Verbindung der genannten Teile verwendete Schraube 59 greift also mit ihrem bolzenseitigen Ende durch das Distanzrohr 60 hindurch und ist in die Gewindebohrung 81 im Spannring 55 eingeschraubt.

Durch Veränderung der Konstruktion kann man die Schraube auch vom Spannring her einführen und im Bremsscheibentopf mittels Gewinde festschrauben.

Die Verbindung zwischen dem Bremsring 1 und dem Bremsscheibentopf 20 erfolgt über den Bolzen 53 und den Nutenstein 50, welche in die Führungsnuten 49 und 56 eingepasst sind.

Der Bremsring 1 hat radial nach innen gerichtete Lappen 82, zwischen denen entsprechende Aussparungen 83 angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich ein Verschiebungsspiel, weil, wie aus 3 erkennbar, ist im Bereich der Aussparung 83 ein entsprechendes Spiel 84 angeordnet, so dass die beiden Teile 1, 20 zueinander verschiebbar, jedoch lagengesichert und spielfrei miteinander verbunden sind. Man kann auch einen Bremsring einsetzen, der keine Lappen 82 hat. An den Stellen, wo das Distanzrohr 60 ist, muss eine entsprechend große Bohrung im Bremsring sein, damit sich dieser ausdehnen und zusammenziehen kann.

Wichtig ist außerdem, dass sich im Bereich der Führungsnuten 49 ein Spiel 63 ergibt, weil der Bremsring 1 am Bremsscheibentopf 20 anliegen muss. Hierdurch kommt es zu der erwähnten spielfreien Plananlage.

Diese wird durch die Spannfläche 61 erreicht, welche zwischen dem Kopf 54 und dem Bremsring 1 erreicht wird. Die elastische Vorspannung wird durch das Federelement 57 erbracht.

Die Planfläche 62 des Bremsringes 1 liegt an der zugeordneten Planfläche des Bremsscheibentopfes 20 an, und der Nutenstein 50 hat in der Nut 49 ein Axialspiel, welches mit 63 bezeichnet ist.

In 3 ist noch angegeben, dass der Bremsscheibentopf mit einem Handbremsteil 68 kombiniert werden kann, welches am inneren Umfang angeordnet ist.

Bei sämtlichen vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen gilt auch die sogenannte kinematische Umkehrung, für die hiermit ausdrücklich Schutz beansprucht wird. Es kann nämlich der Ort der Befestigungsteile der erfindungsgemäßen Führung zwischen Bremsscheibe und Bremsscheibentopf gegeneinander vertauscht werden. Alle Befestigungen und Montageanordnungen, die vorstehend in Bezug auf die Bremsscheibe erläutert wurden, können auch am Bremsscheibentopf angeordnet sein und umgekehrt können alle Befestigungen und Montageanordnungen, die im Zusammenhang mit dem Bremsscheibentopf beschrieben wurden, an der Bremsscheibe angeordnet sein. Es können also einfach die Begriffe „Bremsscheibe" und „Bremsscheibentopf" gegeneinander vertauscht werden.

Als Beispiel für die kinematische Umkehrung sei erwähnt, dass der Bolzen 53, der in einer Bohrung des Bremsringes 1 eingesetzt ist, nun stattdessen in einer gleichartigen Bohrung des Bremsscheibentopfes 20 eingesetzt ist und alle damit zusammenwirkenden Teile in analoger Weise zusammen wirken.

1: Bremsring
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
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15
16
17
18: Pfeilrichtung
19
20: Bremsscheibentopf
21
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26
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29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47: Radschraubenbohrung
48: Befestigungsring
49: Führungsnut
50: Nutenstein
51: Pfeilrichtung
52: Bohrung (Abstandshalter)
53: Führungsbolzen
54: Vierkant
55: Spannung
56: Ausnehmung
57: Federelement
58
59: Schraube
60: Distanzrohr
61: Spannfläche
62: Planfläche
63: Spiel
64: Ausnehmung
65: Bohrung
66: Ausnehmung
67: Ausnehmung
68: Handbremsteil
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80: Bohrung
81: Gewindebohrungen
82: Aussparung
83: Lappen
84: Spiel
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94

Claims

Zusammengesetzte Bremsscheibe für Hochleistungs-Bremsanlagen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Bremsring (1) und einem zum Ausgleich unterschiedlicher Temperaturausdehnungen schwimmend damit verbundenen Bremsscheibentopf (20), wobei die schwimmende Verbindung zusätzlich spielfrei und elastisch vorgespannt ausgebildet ist und wobei der schwimmend am Bremsscheibentopf (20) gelagerte Bremsring (1) an Planflächen (62) des Bremsscheibentopfes (20) in radialer Richtung verschiebbar, spielfrei geführt ist und unter Federlast eines Kraftspeichers (57) an diesem angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bremsscheibentopf (20) radial nach außen gerichtete Führungsnuten (49) angeordnet sind, in denen verschiebbare Nutensteine (50) angeordnet sind, und dass ein in die Nutensteine (50) eingreifender Führungsbolzen (53) an seiner bremsringseitigen Anlagefläche elastisch in einen Spannring (55) eingespannt ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutenstein (50) eine Bohrung (80) aufweist, in welche das Schaftende des Führungsbolzens (53) spielfrei eingreift, der an der gegenüberliegenden Seite einen Vierkantkopf (54) aufweist.
Bremsscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des als Vierkant ausgebildeten Kopfes (54) eine Ausnehmung für die Aufnahme eines Federelementes (57) vorgesehen ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (57) als Tellerfeder ausgebildet ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Federelement (57) der separate Spannring (55) aufgelegt ist, so dass Ausnehmungen (56) in dem Spannring (55) zur Anlage an der Spannfläche des Federelementes (57) kommen.
Bremsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vierkantausnehmung (56) im Spannring (55), welche den Vierkant (54) und das Federelement (57) aufnimmt, ein entsprechendes radiales Spiel des Bremsringes (1) erlaubt.
Bremsscheibe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (55) gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnete Gewindebohrungen (81) trägt, in welche das bolzenseitige Ende einer Gewindeschraube (59) eingreift, die von der Seite des Bremsscheibentopfes (20) in einer zugeordneten Bohrung (66) des Bremsscheibentopfes (20) eingreift und dort eine mehrfach abgestufte Bohrung (64-66) durchsetzt.
Bremsscheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Ausnehmung (66) der mehrfach abgestuften Bohrung (64-66) des Bremsscheibentopfes (20) ausgehend, sich eine Bohrung (65) verringerten Durchmessers anschließt, die ihrerseits in einer Ausnehmung (64) vergrößerten Durchmessers übergeht, wobei in diese Ausnehmung (64) das stirnseitige Ende eines Distanzrohres (60) eingreift, dessen anderes, gegenüberliegendes stirnseitiges Ende in den Bereich einer Ausnehmung (67) des Spannringes (55) eingreift.
Bremsscheibe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stellen, wo das Distanzrohr (60) ist, eine entsprechend große Bohrung (52) im Bremsring (1) ist, damit sich dieser ausdehnen und zusammenziehen kann.
Bremsscheibe nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsring (1) radial nach innen gerichtete Lappen (82) hat, zwischen denen entsprechende Aussparungen (83) angeordnet sind.
Bremsscheibe nach Anspruch 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Bereich der Führungsnuten (49) ein axiales Spiel (63) ergibt, weil der Bremsring (1) am Bremsscheibentopf (20) anliegt, wobei es hierdurch zu der spielfreien Plananlage kommt, was durch eine Spannfläche (61) erreicht wird, welche zwischen dem Kopf (54) und dem Bremsring (1) erreicht wird, und wobei eine Planfläche (62) des Bremsringes (1) an der zugeordneten Planfläche des Bremsscheibentopfes (20) anliegt, und wobei der Nutenstein (50) in der Nut (49) das Axialspiel (63) hat.