DE2358140A1

DE2358140A1 - Luftgekuehlte bremsscheibe und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2358140A1
Application number: DE2358140A
Authority: DE
Inventors: Josef M Dipl Ing Fuerlinger; Werner Dipl Ing Keiner
Original assignee: BuderusSche Eisenwerke AG
Current assignee: Buderus AG
Priority date: 1973-11-22
Filing date: 1973-11-22
Publication date: 1975-06-05

Description

BUDERUS'SCHE EISENWERKE :

GP/F/Z/PG 19-112

Luftgekühlte Bremsscheibe und Verfahren zu ihrer Herstellung

Für die Bremsanlage von Kraftfahrzeugen der Unter- oder Mittelklasse reichen in der Regel Bremsscheiben ohne besondere Kühlung aus, da während des Bremsvorganges eine geringe Wärmeentwicklung auftritt. Kraftfahrzeuge der oberen Leistungsklasse, insbesondere auch Rennwagen, Transporter, Anhänger und Schienenfahrzeuge werden hingegen mit luftgekühlten Bremsscheiben ausgestattet, damit die entstehende Wärme abgeführt werden kann.' Die Luftkühlung der Bremsscheiben erfolgt mittels Kanälen, die den gußeisernen Bremskörper in der Mittelebene etwa radial durchdringen«

Man hat bisher angenommen, daß diese radialen Luftkanäle während der Fahrt fortwährend vom Fahrtwind durchströmt werden. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß keine einwandfreie Durchströmung stattfindet, sodaß auch keine vollständige Abführung der entstehenden Wärme während des Bremsens gegeben ist. Die Kühlwirkung solcher Bremsscheiben soll verbessert werden. /

Im Gegensatz zu den bisherigen Bremsscheiben, deren gußeiserner Bremskörper von radialen Kühlkanälen durchzogen ist, wird gemäß der Erfindung eine Bremsscheibe vorgeschlagen, deren ringförmiger Bremskörper in der Mittelebene mit Ausnahme einiger Stege von einem oder mehreren flachen Luftschachten vollständig durchsetzt ist. ■'--■"■.-.

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Ein solcher Luftschacht wird während der Fahrt zwangsweise vom Fahrtwind durchströmt. Die Strömung kann durch die Anordnung und Gestalt der Stege beeinflußt und noch wesentlich gefördert werden. Der Querschnitt der Stege kann beliebig gewählt werden. Besonders empfiehlt sich ein runder, ovaler oder leitschaufelartiger Querschnitt.

Die Stege müssen so stark und so auf dem Umfang des Bremskörpers verteilt sein, daß die entstandenen Scheiben des Bremskörpers ausreichend miteinander verbunden sind. Besonders günstig ist es, den Querschnitt der Stege relativ groß, d.h. größer als es für die Festigkeit notwendig wäre zu gestalten. Diese starken Stege wirken dann als Wärmespeicher, in welche die Wärme von den Bremskörpern her abfließt. Da die Stege allseitig vom Fahrtwind umströmt werden, wird die Kühlwirkung noch zusätzlich verbessert.

Die Fertigung von luftgekühlten Bremsscheiben ist in Gießereien ohne weiteres möglich. In einen Formhohlraum, der der fertigen Bremsscheibe entspricht, wurde bisher ein Kern in der Gestalt eines Speichenrades eingefügt und anschließend der noch verbleibende Hohlraum mit Gußeisen gefüllt. Nach dem Entfernen des Kernes aus dem abgekühlten Gußstück waren die radialen Kühlkanäle im Bremskörper vorhanden.

Da die Kerne in geteilten Kernbüchsen gefertigt werden mußten, entstand längs der Speichen zwangsweise ein leichter Grat, welcher sich an den fertigen Bremsscheiben als Einkerbung entlang der Luftkanäle bemerkbar machte. Diese Einkerbungen

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stellten häufig Ausgangsstellen zu Rissen in der Bremsscheibe dar, die zu ihrer Zerstörung führen konnten.

Ein weiterer entscheidender Mangel der bisher eingesetzten Speichenkerne bestand darin, daß die radialen Kernteile eine derartige Stärke besitzen mußten, daß sie während des Transportes, des Einfügens in die Form und infolge des Auftriebes des einströmenden Gußeisens nicht durchbrachen. Da sie verhältnismäßig kompliziert aufgebaut waren, waren die teuer und bildeten trotz einer recht groß gewählten Stärke der radialen Teile eine bedeutende Ausschußursache.

Je größer aus gießereitrechnischen Gründen die Stärke der Kerne gewählt wurde, desto größer war zwangsweise die Stärke der Bremsscheibe, da eine ausreichende Wandstärke beiderseits der Luftkanäle vorhanden sein mußte. Trotz aller Anstrengungen war es bisher nicht möglich, eine luftgekühlte Bremsscheibe auf die Stärke einer nicht gekühlten Bremsscheibe zu reduzieren. Ein besonderer Nachteil dieser größeren Stärke bestand darin, daß ein größerer Bremssattel notwendig war als bei einer schwächeren, nicht gekühlten Bremsscheibe. Bei Kraftfahrzeugtypen, die wahlweise mit Motoren unterschiedlicher Leistung ausgerüstet und je nach Leistungshöhe mit ungekühlten oder gekühlten Bremsscheiben versehen wurden, ergab sich dabei das Problem, daß jenach eingesetzten Bremsscheiben auch unterschiedliche Bremssättel einzusetzen waren. Es war somit eine doppelte Fertigung und Lagerhaltung notwendig.

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Wie bereits dargelegt, besitzt die erfindungsgemäße Bremsscheibe eine weit höhere Kühlwirkung als die bisherigen Bremsscheiben. Ihre Fertigung nach dem bekannten Gießverfahren ermöglicht es, auch die geschilderten Mangel, die bei der bisherigen Fertigung nicht vermieden werden konnten, weiter zu verringern bzw. völlig zu beheben. Insbesondere soll die luftgekühlte Bremsscheibe etwa auf die Stärke einer nicht gekühlten Bremsscheibe reduziert werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer solchen Bremsscheibe wird eine flache, ringförmige, mit Durchbrechungen und/oder Aussparungen versehene Kernscheibe derart in eine Gießform eingefügt, daß sie den ringförmigen, dem Bremskörper entsprechenden, mit dem Gußwerkstoff zu füllenden Hohlraum in der Mittelebene vollständig durchdringt .

Eine solche Kernscheibe, die in Kernmarken außer- und ggfs. auch innerhalb des Formhohlraumes gelagert werden kann, besitzt eine weit höhere Festigkeit als die bisher angewandten, komplizierten Speichenkerne. Der Ausschuß durch Kernbruch wird verringert, und die Stärke des Kernes kann infolge seiner höheren Festigkeit vermindert werden. Dadurch wird auch die Stärke der Bremsscheibe reduziert.

Das geschilderte Verfahren läßt sich ohne weiteres für eine vollständig aus Gußwerkstoff wie GG, GTS, GGG oder GS herzustellende Bremsscheibe anwenden. Durch eine besondere

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Weitertaldiang dieses-Verfahrens soll es auch möglieh sein, ein Verbundgußteil herzustellen.. Zu diesem Zweck wird noch eine in der Ebene, der Kernsclieibe in den Formhohlraum hineinragende, teilweise mit dem Gußwerkstoff in Berührung kommende Nabe oder eine mit der Nabe zu verbindende topfförmige Scheibe aus Stahlblech in die Gießform eingefügt.

Es sind mehrere Möglichkeiten der Zuordnung von Nabe_:bzw. Scheibe aus Stahlblech zur Kernscheibe denkbar und in der Zeichnung dargestellt. Neben.den dargestellten Möglichkeiten zur Herstellung eines Verbundgußteiles gibt es auch weitere Abwandlungen. Die Ausführungsbeispiele geben einem Gießer ausreichende Hinweise, um unter Anwendung seines fachlichen Könnens Bremsscheiben nach der Erfindung herzustellen.

Die beigefügte Zeichnung stellt Aüsführungsbeispiele der Erfindung, des Verfahrens zur Erzeugung des erfindungsgemäßen Gegenstandes sowie der Gestaltung der Blechnaben dar.

Es zeigen:

Fig. 1: Eine Seitenansicht einer halben Bremsscheibe

Fig. 2: Eine Draufsicht auf die Bremsscheibe nach Fig. 1,

Fig. 3: Einen Querschnitt durch eine halbe Gießform,

Fig. 4: Den Schnitt A-A aus Fig. 3,

Fig. 5: Einen Querschnitt durch eine halbe Gießform,

Fig. 6: Den Schnitt B-B aus Fig. 5,

Fig. 7: Einen Querschnitt durch eine halbe Gießform,

Fig. 8: Den Schnitt C-C aus Fig. 7,

Fig. 9: Eine Draufsieht auf eine Nabe mit schrägen Blechstegen,

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Fig. 10: Zwei vergrößerte Blechstege in der Draufsicht,

Fig..11: Die Ansicht D aus Fig. 10,

Fig. 12: Einen Querschnitt durch eine halbe Gießform und

Fig. 13: Den Schnitt E-E aus Fig. 12.

Die Bremsscheibe besteht aus einer Nabe 1 und einem gußeisernen Bremskörper 2, der in der Mittelebene mit Ausnahme einiger Stege 3 vollständig von einem flachen Luftschacht 4 durchsetzt ist. Die rechte Hälfte von Fig. 2 zeigt halbmondförmige Ausbuchtungen 15 am Innenrand des Bremskörpers 2 wie sie bei einer Fertigung gemäß den Fig. 3, 4,7 bis 11 entstehen. In der Hälfte von Fig. 2 ist der Innenrand des Bremskörpers 2 so dargestellt, wie er bei einer Fertigung nach den Fig. 5,6,12, und 13 entsteht.

Die Fig. 3-13 stellen verschiedene Ausführungsbeispiele zur Herstellung der Bremsscheibe als Verbundgußteil dar. Die Herstellung der Bremsscheibe als reines Gußteil ist nicht separat dargestellt. Sie ist für einen Fachmann jedoch ohne Schwierigkeiten aus der Beschreibung zu entnehmen.

Die Fertigung erfolgt gemäß der Darstellung in Fig. 3 und 4 derart, daß in eine Gießform bestehend aus einem Oberteil 5 und einem Unterteil 6 eine flache, ringförmige, mit Durchbrechungen 7 und Aussparungen 8 versehene Kernscheibe 9 so eingefügt wird, daß diese den Hohlraum 10 zur Bildung des Bremskörpers 2 in der Mittelebene durchdringt. Zur einwandfreien Lagerung dient eine Kernmarke 11 am äußeren Rand.

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Im Bereich der Aussparungen 8 ragen fingerförmige Vorsprünge 12.am Rand einer topfförmigen Scheibe 1 aus Stahlblech in den Hohlraum 10 hinein. Nach dem Fertigstellen der Gießform wird der Hohlraum 10 durch ein Eingußsystem 13,welches nach den Regeln der Gießereitechnik auszuführen ist, mit Gußeisen voll gegossen. Dabei wird der noch verbliebene Hohlraum einschließlich der Durchbrechungen 7 und der Aussparungen 8 gefüllt und die Scheibe 1 an den fingerförmigen Vorsprüngen 12 eingegossen.

Am fertigen Gußstück bilden die Durchbrechungen 7 und Aussparungen 8 der Kernscheibe 9 die Verbindungsstege 3» während der Luftschacht4 durch die Kernscheibe 9gestaltet wird. Durch die halbmondförmigen Vorsprünge 14 am Innenrand der Kernscheibe 9 entstehen innere Strömungsöffnungen. Sie bilden am Gußstück die Ausbuchtungen 15. Anstatt dieser Vorsprünge könnte auch das Unterteil 6 der Gießform entsprechende Ballen besitzen.

Die Durchbrechungen 7 zur Bildung der Stege 3 können wie in der linken Hälfte von Fig. 4 dargestellt, auf einem Kreis- . bogen und leitschaufelartig gestaltet angeordnet sein. Es ist auch möglich, äie rund zu gestalten und wie in der rechten Hälfte von Fig. 4 dargestellt, gleichmäßig über die Kernscheibe zu verteilen.

Gemäß Fig. 5 und 6 ist eine bis zum äußeren Rand des Hohlraumes 10 durchlaufende, beidseitig mit Kernmasse 9'beschichtete Scheibe 1 in die Form eingefügt. Die Kernmasse 9'

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ragt über den Hohlraum 10 nach innen, und sie läßt im Bereich der Durchbrechungen 7 Bohrungen 7'in der Scheibe 1 frei. Es wäre auch möglich, die Kernmasse 9'mit den Bohrungen 7 der Scheibe 1 abschließen zu lassen oder den Durchbrechungen und Bohrungen eine andere Form zu geben. Am fertigen Abguß entstehen in diesem Fall zwei flache, den Bremskörper 2 in der Mittelebene durchsetzende Luftschächte .

Es ist zweckmäßig, sowohl die Oberfläche der Kernscheibe als auch der einzugießenden Partien der Nabe mit einer Spezialschlichte zu beschichten. Auf diese Weise entsteht eine besonders glatte Oberfläche des Luftschachtes und somit eine optimale Luftführung. Durch die Beschichtung der Nabenpartien wird deren Einschmelzen verhindert. Dadurch erfolgt eine gewisse Abschirmung der Nabe vom Bremskörper.

Gemäß Fig. 7 Ms 11 besitzt die Scheibe 1 an ihrem äußeren Bund Aussparungen 16 zur Bildung von radialen oder im spitzen Winkel zur Radialen verlaufenden Blechstegen 12. Die Enden der Blechstege 12 schließen mit dem äußeren Rand des Hohlraumes 10 ab während sie den inneren Rand dieses Hohlraumes 10 überragen. Durch Ausfüllen der Aussparungen 16 zwischen den Blechstegen 12 mit einer hitzebeständigen Kernmasse 9" wird ein Kerngerüst geschaffen, welches in dem Hohlraum 10 der Gießform einen Bereich ausspart, der nicht mit flüssigem Metall gefüllt werden kann. Dieses Kerngerüst kann auch eine von der Stärke der Blechstege 12 abweichende Stärke besitzen. Es muß den Hohlraum 10 aber auf jeden Fall nach innen überragen, während es außen direkt mit diesem abschließen kann.

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Damit die Kernmasse 9" einwandfrei zwischen den Blechstegen 12 haftet, besitzen diese Stege auf ihren Ober- und Unterflächen längs verlaufende Einkerbungen 17. Dadurch werden Teile 18 nach innen gepreßt, welche das Herauslösen der Kernmasse aus den Aussparungen 16 verhindern.

Damit eine Weißeinstrahlung an der Außenfläche des Bremskörpers 2 verhindert wird besitzen die Blechstege 12 äußere Aussparungen 19, die sich mit Gußeisen füllen können. Auf diese Weise ragen nur noch sehr schmale Stege 20 bis zur Außenfläche, die das Gußgefüge nicht beeinträchtigen.

Gemäß Fig. 12 und 13 ist eine Scheibe 1 als .Kernträger in die Gießform 5,6 eingefügt. Die Scheibe 1 besitzt Blechstege 12 die von der Kernmasse, und zwar in Form einer freien Kernscheibe 9» einer Kernbeschichtung 9'und einer Kernmasse 9" zwischen den Blechstegen umgeben sind. Durchbrechungen 7 im Bereich der Kernmasse und entsprechende Bohrungen 7'im Bereich der Blechstege führen zu einer Verbindung zwischen dem oberen und unteren Teil des Hohlraumes 10, welche mit dem Gußwerkstoff zu füllen sind. Da die Bohrungen T relativ strak sind, entstehen Stege 3 mit einem recht großen Querschnitt, welche die Wärmeabführung aus dem Bremskörper 2 verbessern. Neben den runden Durchbrechungen sind auch ovale Durchbrechungen dargestellt, welche zu ovalen Stegen an der Bremsscheibe führen und die Luftströmung positiv beeinflussen.

Das angedeutete Prinzip sowie die erläuterten Verfahren können auch für andere Gußteile, die luftgekühlt sein sollen, z.B. für Bremstrommeln angewandt werden.

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Claims

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Patentansprüche

Luftgekühlte Bremsscheibe mit einem ringförmigen Bremskörper aus einem Gußwerkstoff wie GG, GTS, GGG oder GS, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Bremskörper (2) in der Mittelebene mit Ausnahme einiger Stege (3) von einem oder mehreren flachen Luftschächten (4) vollständig durchsetzt ist.
2. Luftgekühlte Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem oder den Luftschächten (4) angeordneten Stege (3) einen runden oder ovalen Querschnitt besitzen.
3. Luftgekühlte Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (3) die Gestalt von Leitschaufeln besitzen.
4. Luftgekühlte Bremsscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (3) zum Zwecke der Wärmespeicherung bei Dauerbremsung einen relativ großen Querschnitt besitzen.
5. Verfahren zur Herstellung einer luftgekühlten Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine flache,-ringförmige, mit Durchbrechungen (7) und/oder Aussparungen

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(β) versehene Kernscheibe (9) derart in eine Gießform (5,6) eingefügt wird, daß sie einen ringförmigen, dem Bremskörper (2) entsprechenden, mit dem Gußwerkstoff zu füllenden Hohlraum (10) in der MitteXebene vollständig durchdringt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines an sich bekannten Verbundgußteiles eine in der Ebene der Kernscheibe(9) in den Hohlraum (10) hineinragende, mindestens teilweise mit dem Gußwerkstoff in Berührung kommende Nabe bzw. mit einer Nabe zu verbindende topfförmige Scheibe (1) aus Stahlblech in die Gießform (5,6) eingefügt wird.
7. Nabe bzw. Scheibe aus Stahlblech zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Außendurchmesser geringer ist als der Außendurchmesser des Hohlraumes (10) und daß sie am Außenrand Aussparungen zur Bildung von Blechstegen (12) besitzt, welche im Bereich der Aussparungen (8) am Innenrand der Kernscheibe (9) in den Hohlraum (10) hineinragen (Fig. 3+4).
8. Nabe bzw. Scheibe aus Stahlblech zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Außendurchmesser dem Außendurchmesser des Hohlraumes (10) entspricht und daß sie mit Ausnahme von Durchbrechungen (7) und/oder Aussparungen (8) ein oder beidseitig mit einer den Hohlraum (10) vollständig durchdringenden. Kernmasse (9') beschichtet ist (Fig. 5+6).

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9. Nabe bzw. Scheibe aus Stahlblech zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Außendurchmesser dem Außendurchmesser des Hohlraumes (10) entspricht und daß sie auf ihrem Umfang schlitzartige Aussparungen (16) besitzt, die den Hohlraum (10) in der Mittelebene vollständig durchdringen und mit einer Kernmasse (9'') gefüllt sind (Fig. 8-11).
10. Nabe bzw. Scheibe aus Stahlblech zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Außendurchmesser geringer ist als der Außendurchmesser des Hohlraumes (10) und daß sie auf ihrem Umfang Aussparungen zur Bildung von Blechstegen (12) besitzt, welche in die Kernscheibe (9,9',9") hineinragen und mit Außnahme einiger Durchbrechungen (7) vollständig von der Kernmasse umgeben sind. (Fig. 12-13)
11.Nabe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernmasse (9) Durchbrechungen (7) und die Blechstege (12) Bohrungen (7') relativ großen Querschnitts besitzen.

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