DE2219770C2 - Gegossene, belüftete Bremsscheibe und Vorrichtung zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine belüftete Bremsscheibe nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art

Bei Kraftfahrzeugen sind derartige Bremsscheiben fest mit dem Fahrzeugrad verbunden und werden zangenartig von außen von einem sattelförmigen Bremskörper umfaßt, dessen beide Bremsklötze hydraulisch in axialer Richtung an die umlaufende Bremsscheibe beim Bremsvorgang angedrückt werden und gegen Mitnahme in Drehrichtung der Scheibe am Fahrzeug abgestützt sind. Die beim Bremsvorgang entstehende Reibungswärme kann wesentlich besser abgeleitet werden, wenn die Bremsscheibe nicht massiv ausgebildet ist, sondern in bekannter Weise mehrere radial nach außen offene Kühlkanäle enthält.

Es sind bereits belüftete Bremsscheiben bekannt (DE-GM 70 11 084), bei welchen die Wärmeableitung dadurch verbessert ist, daß jeweils im Bereich der einzelnen Kühlkanäle mehrere, durch spangebende Bearbeitung angebrachte Bohrungen enthalten sind, die von den als Bremsflächen dienenden Stirnflächen der Scheibe bis zu den Kühlkanälen verlaufen. Da, um eine entsprechende Kühlung zu erzielen, 300 bis 400 solcher Bohrungen vorgesehen sein müssen, ergibt sich ein erheblicher Bearbeitungsaufwand, bei welchem nicht nur die Bearbeitungszeit, sondern auch die Kosten für eine rationelle Fertigung erforderlichen Mshrspindelbohrwerke beträchtlich sind. Darüber ist es für die Gebrauchstüchtigkeit einer derart bekanntgewordenen Bremsscheibe nachteilig, daß durch die Bohrvorgänge mechanische Spannungen in den meist aus Gußeisen hergestellten Bremsscheiben hervorgerufen werden, welche leicht zum Verzug führen können.

Weiterhin kann die Anordnung der Bohrungen im Bereich der Kühlkanäle keine ausreichende Kühlung der Zwischenwände sicherstellen. Die durch die Bohrungen in den Kühlkanal eingebrachte Luft wird durch die Zentrifugalkraft beschleunigt nach außen gefördert, so daß sie sehr schnell an den Zwischenwänden vorbeiströmt, eine Aufnahme von Reibungswärme nur in geringem Maße möglich ist. Diese unterschiedliche Wärmeabfuhr bedingt ein mit andauerndem Betrieb anwachsendes Temperaturgefälle in der Bremsscheibe, so daß ein thermischer Verzug unvermeidlich ist.
Im Gießverfahren hergestellte, belüftete Bremsscheiben sind aus dem Gebrauchsmuster 71 02 721 bekanntgeworden. Sie sind aus Eisen oder Stahl hergestellt und beim Gießvorgang werden die Kühlkanäle durch geeignete ausgebildete Formkerne ausgespart. In den als Anlagefläche für die Bremsklötze dienenden

Stirnflächen sind öffnungen angeordet, die mit ihrem ganzen Querschnitt in die Kühlkanäle münden und bereits beim Gießvorgang eingebracht sein können. Diese mit Gußschräge versehenen öffnungen haben die

Aufgabe, einen möglicherweise auf der Oberfläche der Bremsscheibe auftretenden Wasserfilm zu unterbrechen, um ein Aufschwimmen der Bremsklötze zu verhindern.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bremsscheibe nach der im Oberbegriff bezeichneten Gattung ohne Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit mit einer möglichst großen Zahl von Kühlöffnungen zur Erzielung einer verbesserten Kühlwirkung so auszugestalten, daß ihre thermische Beanspruchung und der dadurch hervorgerufene Verzug gering ist, ohne daß durch eine Bearbeitung der Bremsscheibe mechanische Spannungen hervorgerufen werden. Weiterhin soll die Bremsscheibe schnell und billig als Massenartikel hergestellt sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst Durch die Vielzahl der Kühlöffnungen sowie durch dessei« Lage ist sichergestellt, daß die Bremsscheibe eine ausreichende Festigkeit beibehält und sie selbst sowie die Zwischenwände ausreichend gekühlt werden. Die auf den Stirnflächen entsteheade Reibungswärme der Bremsklötze erhitzt die Stirnflächen und, bedingt durch die gute Wärmeleitung im Metall, erhitzen sich auch die Zwischenwände. Während die Stirnflächen der kühleren Außenluft zugewandt sind und daher relativ viel Reibungswärme abführen können, sind die Zwischenwände nur von Luft umgeben, die sich bereits beim Eintritt in den Kühlkanal durch die Bremsscheibe erwärmt hat. Durch die Lage der Kühlöffnungen wird an der Durchschneidungsstelle von Kühlkanal und Kühlöffnung eine günstige Luftverwirbelung und -verteilung erreicht Hierdurch ergibt sich, daß nur etva die Hälfte des angesaugten Kühlluftstromes unmittelbar in den Kühlkanal gelangt und dort durch die Zentrifugalkraft radial nach außen abgefördert wird, während die andere Hälfte die halbkreisförmig ausgerundeten Wandteile umströmt, dabei erhöhten Strömungswiderstand findet und länger verweilt, so daß genügend Zeit verbleibt, die in den Zwischenwänden im hohen Maße vorhandene Reibungswärme aufnehmen und ableiten zu können.

Bei einer Anordnung von 300 bis 400 Kühlöffnungen in der bezeichneten Lage ist sichergestellt, daß die gesamte Bremsscheibe gleichmäßig gekühlt wird, so daß thermische Spannungen weitgehend ausgeschlossen sind. Vorteilhaft'; Weiterbildungti sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 wiedergegeben.

Zur Herstellung einer Bremsscheibe mit den vorstehend erwähnten Merkmalen durch einen Formkern, wobei der Formkerl· in einem Maskenformverfahren aus h.arzumhüllten Quarzsand hergestellt und bis zum Erhärten seiner Harzbestandteile temperaturbehandelt ist, kann vorteilhaft ein Formkern verwendet werden, der eine Vielzahl von strahlenförmig, radial oder tangential angeordnete Rippen aufweist, die jeweils mit mindestens zwei, vorzugsweise mit mehr als vier, in verschiedenem radialen Abstand angeordneten Ansätzen verbunden sind, die nach beiden axialen Richtungen des Formkerns abstehen und jeweils aal'der Hälfte ihres Querschnittes einstückig mit den die Kühlkanäle ergebenden Rippen verbunden sind. Durch die zählreichen Kühlöffnungen wird eine Materialanhäufung während des Gießvorgangs vermieden, welche leicht zur Lunkerbildung führen kann. Darüber hinaus wird der bei einer mechanischen Einbringung von Kühlöffnungen entstehende Eingriff in das WerkMoffgefüge vermieden und infolpr der durchgehenden Gußhaut die Gefahr der Rißbildung gemindert Die Ausbildungen des einteiligen Formkerns nach den Ansprüchen 6 bis 8 stellen sicher, daß für die Serienfertigung diese Formksrne mit höchster Präzision auf Formmaschinen hergestellt werden können. Somit wird eine schnelle und billige Massenfertigung für Bremsscheiben ermöglicht Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung

an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

ίο F i g. 1 eine Bremsscheibe in perspektivischer Darstellung,

Fig.2 einen Formkern zur Herstellung einer Bremsscheibe nach F i g. 1 ausschnittsweise und in axialer Draufsicht,

Fig.3 in einem nach der Linie III-III in Fig.2 geführten Querschnitt und

F i g. 4 in einem Teilschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 2.
Die in schräger Draufsicht auf eine ihrer beiden Bremsflächen 11 dargestellte Bremsscheibe nach F i g. 1 ist für eine zu der Gruppe der Axial-Bremsen gehörenden Scheibenbremse füi ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug bestimmt. Sie ist aus Grußeisen hergestellt und hat eine zentrale Befestigungsnabe 12, an welcher sie mit einem nicht dargestellten Fahrzeugrad mittels Schrauben befestigt werden kann, welche durch Bohrlöcher 13 hindurchgreifen. An ihrem von der Nabe 12 radial abstehenden Scheibenkranz weist sie zwei zueinander planparallele Stirnflächen auf, die als Bremsflächen dienen, gegen welche je einer von zwei in der Zeichnung nicht dargestellten Bremsbacken hydraulisch angedrückt werden kann. Diese Bremsbacken sitzen an einem drehfest angeordneten, ebenfalls nicht dargestellten Bremssattel, der die Umfangsfläche 14 der Bremsscheibe zangenartig umgreift

Wie F i g. 1 deutlich erkennen läßt, enthält die Bremsscheibe eine größere Anzahl von radial verlaufenden Kühlikanälen 15, die annähernd rechteckige Querschnitte haben und in Umfangsrichtung der

■ίο Scheibe gleichmäßig verteilt nebeneinander angeordnet sind. Zu Jedem der Kühlkanäle gehören mehrere Kühlöffnungen 16, die mit ihrem zugehörigen Kühlkanal verbunden sind, und sich in axialer Richtung jeweils bis zu einer den beiden Stirnflächen 11 erstrecken. Diese Kühlöffnungen 16 sind zusammen mit ihren jeweiligen Kühlkanälen unmittelbar beim Gießvorgang der Bremsscheibe erzeugt worden, wobei zum Aussparen der Kühlöffnungen 16 und der Kühlkanäle 15 ein Formkern verwendet wurde, der in den Fig. 2—4 näher

so dargestellt ist.

Dieser Formkern wird nach dem bekannten Maskenformverfahren hergestellt, welches auch als Croningverfahren bezeichnet wird. Bei diesem Verfahren wird ein mit Harz umhüllter Quarzsand als Kernwerkstoff

5; verwendet. Der Formkern wird in einem aus Gußeisen bestehenden Kernkasten hergestellt, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist und einen Hohlraum enthält, welcher die Negativ-Form für den Formkern bildet. Dieser Kernkasten wird bei der Herstellung des Formkerns auf etwa 200⁰C erhitzt Der harzumhüllte Quarzsand wird mittels Preßluft in den Kernkasten eingeblasen. Bei der genannten Temperatur des Kernkastens härtet der Quarzantci! des Sandes rasch aus und ergibt dann einen transportfähigen, stabilen Sandkern der in den Fig.2—4 dargestellten Ausbildung, in weich;·- die Konturen des Kernkastens genauestens wiedergegeben und die KOhlöffnungen sowie die Kühlkanäle für eine Bremsscheibe festgelegt

Der Formkern besteht somit aus einem einzigen Stück und weist eine der Zahl der vorgesehenen Kühlkanäle 15 entsprechende Anzahl von radialen Rippen 29 auf, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind und an ihren äußeren Endabschnitten durch einen Ring 27 verbunden sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist jede der Rippen mit fünf nach der einen Axialrichtung und mit fünf nach der anderen Axialrichtung des Formkerns bzw. der späteren Bremsscheibe abstehenden Ansätzen 26 verbunden, mit welchen beim Gießvorgang die Kühlöffmingen 16 ausgespart werden.

Die Ansätze 26 an jeder der Rippen 29 iind in demjenigen Bereich, der als Anlagefläche für die nicht dargestellten Bremsklötze einer Scheibenbremse vorgesehen ist. mit annähernd gleichmäßigen, radialen Abständen so verteilt, daß sie abwechslungsweise jeweils über die Hälfte ihres Querschnitts mit ihrer f igcii

29 veiuuiiucn Mitu. Die Ansätze 26

sind als Kegelstümpfe ausgebildet und haben einen als Anzug wirkenden und das Herauslösen des Formkerns aus seinem Kernkasten begünstigenden, kleinen Kegelspitzenwinkel von etwa 2 — 3'. Jeweils zwei nach verschiedenen axialen Richtungen abstehende Ansätze sind gleichachsig zueinander angeordnet und begünstigen dadurch die Stabilität des Formkerns und dessen Transportierbarkeit. Da die Oberfläche des Formkerns im Croningverfahren außerordentlich sauber und glatt und darüber hinaus maßhaltig hergestellt werden kann, ergibt sich beim Gießen der Bremsscheibe eine hohe Oberflächengüte an den Kühlkanälen und den Kühlöffnungen, die jede Nachbearbeitung unnötig macht. Nach

in dem Gießen läßt sich der Kernsand des Formkerns ohne Schwierigkeit aus dem fertigen Gußstück entfernen. Die gegossene Bremsscheibe braucht dann lediglich noch bearbeitet zu werden.

Für die Herstellung des Formkernes ist es notwendig,

ι i daß der Kernkasten mit hoher Präzision hergestellt ist und eine gute Entlüftung seines Innenraumes erlaubt, damit der eingeblasene Formsand sich gleichmäßig über die Konturen des Kernkastens verteilen kann und der fertige Formkern eine glatte Oberfläche bekommt.

.·" durch weiche sichel gesieüi wciucii kann, uau iiie Begrenzungswände der Kühlkanäle 15 und der Kühlöffnungen 16 von einer glatten, durchgehenden Gußhaut gebildet werden.

Hier/u - Iihit[

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Gegossene, innenbelüftete Bremsscheibe mit zwei als Anlageflächen für Bremsklötze dienenden, planparallelen Stirnflächen, zwischen denen durch Zwischenwände voneinander getrennte, radiale KOhlkanäle angeordnet sind, die mit zahlreichen Kühlöffnungen in luftführender Verbindung stehen, wobei die Kühlöffnungen an zumindest einer Stirnfläche der Scheibe endigen und sowohl radial aus auch in Umfangsrichtung über die Anlageflächen verteilt und mit annähernd gleichen radialen Abständen voneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die bereits beim Gießen vorgesehenen Kühlöffnungen (16) derart verteilt angeordnet sind, daß sie abwechslungsweise jeweils über die Hälfte ihres Querschnittes in den zugehörigen Kühlkanal (15) münden und mit der anderen Querschnittshälfte in der Zwischenwand (17) lieger.und in dieser eine Mulde bilden.

2. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 300 bis 400 Kühlöffnungen (16) vorgesehen sind.

3. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kühlöffnungen (16), die jeweils auf einer anderen Stirnfläche (11) der Bremsscheibe (19) endigen, gleichachsig zueinander angeordnet sind.

4. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den zu einem gemeinsamen Kühlkanal (15) gehörenden Kühlöffnungen (16) abwechslungsweise mit zunehmendem radialen Abstand i'on der Dvehachsc (18) jeweils die einen Kühlöffnungen (16) in jir.er von zwei benachbarten, den Kühlkanal (15) einschließ jnden Zwischenwänden (17) angeordnet sind.

5. Bremsscheibe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlöffnungen (16) vom Kühlluftkanal (15) ausgehend gegen die freien Stirnflächen (11) der Bremsscheibe hin konisch verjüngt ausgebildet sind.

6. Formkern zur Herstellung einer Bremsscheibe nach Anspruch 1 im Gießverfahren, wobei der Formkern in einem Maskenformverfahren aus harzumhüllten Quarzsand hergestellt und bis zum Erhärten seiner Harzbestandteile temperaturbehandelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkern (28) eine Vielzahl von strahlenförmig, radial oder tangential angeordneten Rippen (29) aufweist, die jeweils mit mindestens zwei, vorzugsweise mit mehr als vier, in verschiedenem radialen Abstand angeordneten Ansätzen (26) verbunden sind, die nach beiden Axialrichtungen des Formkerns (28) abstehen und jeweils auf der Hälfte ihres Querschnittes einstückig mit den die Kühlkanäle (15) ergebenden Rippen (29) verbunden sind.

7. Formkern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei nach verschiedenen axialen Richtungen abstehende Ansätze (26) gleichachsig zueinander angeordnet, jedoch in radialer Richtung abwechslungsweise an einer der beiden Längsseiten der Rippen (29) angeordnet und jeweils mit dieser Rippe verbunden sind.

8. Formkern nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (26) als Kegelstümpfe mit einem kleinen kegelspitzen Winkel von weniger als 10° ausgebildet sind, insbesondere einen kegelspitzen Winkel von 2° bis 3° aufweisen.