DE19648582A1 - Bremsscheibeneinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aus mehreren Teilen zusammenge­ setzte Bremsscheibeneinheit für eine Scheibenbremse, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei der ein Reibring lösbar und drehfest an einer Nabe befestigt ist.

Allgemein wird bei der Abbremsung eines Fahrzeuges mit Rei­ bungsbremsen dessen gesamte kinetische Energie in Wärme um­ gewandelt. Die Energieumsetzung erfolgt dabei zwischen Scheibenbremse und Bremsscheibe und führt insbesondere zu einer starken Erhitzung der Bremsscheibe. Daraus resultie­ rend neigen bekannte Bremsscheibenanordnungen aufgrund hoher thermischer Belastung zu Verzugserscheinungen oder Rißbil­ dungen infolge von Wärmespannungen. Zur Abhilfe dieses Pro­ blems wurden in der Vergangenheit verschiedene Vorschläge zur speziellen Ausbildung der Bremsscheibe gemacht. Dabei hat es sich herausgestellt, daß insbesondere einteilige, aus topfförmigem Nabenteil und Reibring bestehende Bremsscheiben für Schädigungen durch starke Wärmebelastungen anfällig sind. Gerade bei diesen Ausführungen kommt es zu starken Wärmespannungen und Verzugserscheinungen durch die während der Bremsung langsamere Erwärmung des Bremstopfes gegenüber dem Reibring und somit zu großen Temperaturunterschieden zwischen Bremstopf und Reibring.

Eine mehrteilige Bremsscheibeneinheit, im wesentlichen be­ stehend aus einem Reibring und einer zugehörigen Welle, kann beispielsweise der deutschen Offenlegungsschrift DE-OS 20 02 437 entnommen werden. Bei der dort beschriebenen Bremsschei­ benanordnung besitzt der Reibring an seinem Innendurchmesser radial offene Ausnehmungen bzw. Schlitze, die dich bis zum Reibring erstrecken. Mit in die Schlitze eingreifenden Nu­ tensteinen wird der Reibring drehfest auf der Welle befe­ stigt. Der Reibring selbst ist glatt und geschlossen ausge­ führt. Durch die Anordnung der weit und insbesondere rund gestalteten Ausnehmungen, die sich jeweils zwischen den Schlitzen befinden, soll eine gleichmäßige Wärmeverteilung auf dem Reibring sowie eine Einschränkung des Wärmeflusses vom Reibring auf die Welle erzielt werden.

In der DE 36 05 806 A1 wird ferner eine Befestigungsvorrich­ tung für eine Bremsscheibe beschrieben, bei der die Brems­ scheibe auf der Nabe durch in Eingriff stehende Rastmittel gehalten und über einen an der Radnabe befestigten Druckring festgesetzt wird. Die Rastmittel bestehen dabei aus zapfen­ artigen Mitnehmern am Innendurchmesser der Bremsscheibe, welche axial aus der Bremsscheibenebene hervorragen und formschlüssig in Öffnungen der Radnabe gehalten sind. Die Übertragung der Bremsumfangskräfte erfolgt dabei im Zusam­ menspiel der Mitnehmer an der Bremsscheibe mit den Öffnungen der Radnabe. Axial ist die Bremsscheibe mittels eines Druck­ ringes an der Radnabe verschraubt.

Beiden oben beschriebenen Ausführungen von mehrteiligen Bremsscheibeneinheiten ist gemeinsam, daß sich bei thermi­ scher Belastung der Bremsscheibeneinheit eine große Tempera­ turdifferenz zwischen Reibring und radial nach innen her­ vorragenden Vorsprüngen ergibt. Derartige Vorsprünge, die um radial offene Ausnehmungen oder Öffnungen des Reibringes herum ausgebildet sind, werden bei einer Bremsung erheblich langsamer erwärmt als der Reibring selbst. Die daraus resul­ tierende Temperaturdifferenz zwischen Vorsprüngen und Reib­ fläche schlägt sich in auftretenden Wärmespannungen nieder, die sich in Form von Rissen, insbesondere am Boden der Rei­ bringausnehmungen bzw. Reibringöffnungen bemerkbar machen. Solche Reibringschädigungen im Kerbgrund lassen sich in er­ ster Linie allein auf die vorhandenen Spitzenwerten der Wär­ mespannungen zurückführen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die oben genannten Probleme aufgrund thermischer Belastung am Reibring zu redu­ zieren und insbesondere die auftretenden Spitzenwerte der Wärmespannungen herabzusetzen.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 1. Die mehrteilige Bremsscheibeneinheit be­ steht im wesentlichen aus einem Reibring sowie einer Nabe, wobei der Reibring lösbar und zur Übertragung von Bremsum­ fangskräften formschlüssig mit der Nabe verbunden ist. Die Übertragung der Bremsumfangskräfte erfolgt im Zusammenspiel von einer senkrecht zur Umfangsrichtung orientierten An­ schlagfläche am Innendurchmesser des Reibrings mit einer ebenso orientierten Anlagefläche am Außendurchmesser der Nabe. Zur Herabsetzung von Temperaturdifferenzen am Reibring selbst, ist im Übergangsbereich zwischen Anschlagfläche und Reibring eine im wesentlichen in radialer Richtung verlau­ fende Nut vorgesehen, die sich bis in den von den Bremsklöt­ zen überstrichenen Bereich der Reibfläche des Reibringes erstreckt. Damit wird der Nutgrund mit in den Bereich hin­ einverlagert, der thermisch stark belastet ist und weiterhin wird eine schnellere und gleichmäßigere Erwärmung des ge­ samten Reibringes erleichtert.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Bremsscheibenein­ heit besitzt die Nabe an ihrem Außendurchmesser zumindest eine radial offene Ausnehmung, die in Umfangsrichtung durch Anlageflächen begrenzt ist. Ein entsprechend am Innendurch­ messer des Reibringes radial hervorstehender Zahn mit in Umfangsrichtung beiderseits angeordneten Anschlagflächen ragt in die Ausnehmung der Nabe hinein und gewährleistet damit die Übertragung der Bremsumfangskräfte. Die in die Reibfläche sich erstreckende Nut ist dabei unmittelbar am Zahnfuß des Reibringes vorgesehen und gestattet damit die rasche Erwärmung des Zahnes selbst und somit eine Reduzie­ rung der auftretenden Temperaturdifferenzen.

In einer weiteren vorteilhaften Variante der Bremsscheiben­ einheit besitzt der Reibring an seinem Innendurchmesser zu­ mindest einen radial nach außen offenen Einstich, der in Umfangsrichtung zu beiden Seiten von Anschlagflächen zur Umfangskraftübertragung begrenzt wird und sich radial bis in die Reibfläche hinein erstreckt. Die Nabe verfügt entspre­ chend an ihrem Außenumfang über eine radial nach außen her­ vorstehende Rippe oder einen Zapfen, wobei Rippe bzw. Zapfen in den Einstich am Reibring formschlüssig hineinragen. Zu beiden Seiten der Rippe bzw. des Zapfens in Umfangsrichtung ist jeweils eine Anlagefläche vorgesehen, die bei Umfangs­ kraftübertragung mit der zugehörigen Anschlagfläche am Reib­ ring in Kontakt gerät. Die im Übergangsbereich zwischen Reibring und Anschlagfläche erforderliche Nut, wird bei die­ ser Variante durch den Einstich selbst gebildet. Neben einer gleichmäßig günstigen Wärmeverteilung im Reibring ergibt sich für eine derartige Ausführungsform auch eine Verbesse­ rung hinsichtlich der mechanischen Belastung, da die für die Übertragung der Umfangskraft zuständigen Anschlagflächen bzw. Anlageflächen radial weit nach außen verlegt sind und zumindest teilweise innerhalb der Reibfläche verlaufen.

Zur Herabsetzung der Kerbwirkung der sich in die Reibfläche erstreckenden Nut, die im Übergangsbereich zwischen Reibring und Anschlagfläche ausgebildet ist, erweist es sich als be­ sonders positiv, am Nutgrund eine ausgerundete Kontur vor­ zusehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeich­ nung in drei Figuren dargestellt und im folgenden näher er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine räumliche Ansicht einer mehrteiligen Bremsschei­ beneinheit mit belüftetem Reibring,

Fig. 2 eine Seitenansicht des belüfteten Reibringes aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines belüfteten Reibringes mit radialen Einstichen am Reibringinnendurchmesser zur Übertragung der Bremsumfangskräfte.

Fig. 1 ist eine mehrteilige Bremsscheibeneinheit 1 zu ent­ nehmen, bestehend aus einer Nabe 2 und einem mittels eines Befestigungsringes 3 an der Nabe 2 lösbar befestigten Reib­ ring 4. Die einstückige Nabe besteht im wesentlichen aus einem axial orientierten rohrförmigen Grundkörper 5 sowie einer mit dem Grundkörper 5 am axial außenliegenden Naben­ ende verbundenen Anschlußplatte 6, die sich in einer par­ allel zum Reibring 4 orientierten Ebene erstreckt. Die An­ schlußplatte 6 besitzt mehrere axiale Gewindebohrungen bzw. Durchgangslöcher 7, an denen eine nicht gezeigte Felge eines Fahrzeugrades verschraubt werden kann. Gleichmäßig über den Umfang verteilt, wird die Anschlußplatte 6 von nahezu tra­ pezförmigen Ausnehmungen 8 unterbrochen, die in Umfangsrich­ tung von Anlageflächen 9 begrenzt sind.

In jede der Ausnehmungen 8 am Außendurchmesser der Nabe 2 greift jeweils ein am Innendurchmesser des Reibringes 4 ra­ dial nach innen vorstehender Zahn 10 ein. Jeder Zahn 10 des Reibringes 4 weist in Umfangsrichtung zu beiden Seiten eine Anschlagfläche 11 auf, die zur Übertragung der Bremsumfangs­ kräfte während einer Bremsung mit der entsprechenden Anlage­ fläche 9 an der Nabe 2 in Kontakt gerät. Die erhebliche thermische Belastung insbesondere des Reibringes 4 während einer Bremsung, führt zu einer raschen und sehr starken Er­ wärmung insbesondere der von den nicht gezeigten Bremsklöt­ zen einer Scheibenbremse überstrichenen Reibflächen 12 des Reibringes 4. Die am Reibringinnendurchmesser radial nach innen vorstehenden Zähne 10, die nicht vom Bremsklotz über­ strichen werden, werden nur allmählich aufgrund von Wärme­ übertragung, ausgehend von den Reibflächen mit erwärmt. Da­ durch entsteht insbesondere im Übergangsbereich zwischen Zahn 10 und Reibring 4 ein Gebiet hoher Temperaturdifferenz zwischen "heißer" Reibfläche 12 und relativ "kaltem" Zahn 10. In dieser thermischen Problemzone 13 treten demzufolge die höchsten Wärmespannungen auf, die durchaus auch in Form von Rissen zu Materialschädigungen am Reibring 4 führen kön­ nen. Als Abhilfe ist in der thermischen Problemzone 13 zu beiden Seiten eines jeden Zahnes 10 eine etwa radial ausge­ richtete Nut 14 angeordnet, die im Übergangsbereich zwischen Zahn 10 und Reibring 4 radial nach außen bis in die Reib­ fläche 12 hinein verläuft. Die Position der Nut 14 mit den sie begrenzenden Nutflanken 15 im Bereich der thermisch stark belasteten Reibfläche 12 gestattet eine raschere Wär­ meübertragung in den Zahn 10 hinein und erlaubt damit die Herabsetzung der unerwünscht hohen Temperaturdifferenzen und daraus resultierender Wärmespannungen.

In Fig. 2 ist die genaue Positionierung der Nuten 14 im Übergangsbereich zwischen Zahn 10 und Reibring 4 verdeut­ licht. Dabei ist der in der Reibfläche 12 liegende Nutgrund zur Herabsetzung der Kerbwirkung gerundet ausgeführt.

Fig. 3 zeigt eine Variante eines belüfteten Reibringes 4, der beidseitig über ringförmige Reibflächen 12 verfügt. Da­ bei sind die Reibflächen durch gestrichelt angedeutete Rip­ pen 16 miteinander verbunden. Im Unterschied zur Aus­ führungsform nach Fig. 2 besitzt der Reibring 4 in Fig. 3 an seinem Innendurchmesser gleichmäßig verteilte Einstiche 17, die in Umfangsrichtung von Anschlagflächen 11 begrenzt sind und die sich radial nach außen bis in die Reibfläche 12 hin­ ein erstrecken. Auch hier ist zur Vermeidung einer allzu großen Kerbwirkung der Einstichgrund gerundet ausgeführt. Zur Übertragung der Bremsumfangskräfte greifen mit seitli­ chen Anlageflächen 9 versehene Rippen oder Zapfen 18 am Au­ ßendurchmesser der in gebrochener Darstellung angedeuteten Nabe 2 in die Einstiche 17 am Reibringinnendurchmesser hin­ ein. Die Zone der Bremskraftübertragung von Reibring 4 auf die Nabe 2, die durch die einzelnen Kontaktbereiche zwischen Anlagefläche 9 und Anschlagfläche 11 gebildet wird, ist so­ mit radial sehr weit nach außen verlagert. Zumindest teil­ weise liegt die Übertragungszone damit innerhalb der Reib­ fläche 12 des Reibringes 4. Die zur Reduzierung der auftre­ tenden Wärmespannungen vorgesehene Nut im Übergangsbereich zwischen Anschlagflächen 11 und Reibring 4 wird bei der Rei­ bringausführung nach Fig. 3 durch die Einstiche 17 selbst gebildet. Es ergibt sich daraus eine rasche und relativ gleichmäßige Erwärmung des gesamten Reibringes 4, wodurch unnötig hohe Temperaturdifferenzen und Wärmespannungen ver­ mieden werden.

Allgemein sind die oben beschriebenen Maßnahmen selbstver­ ständlich nicht auf die speziellen Ausführungsbeispiele in den Fig. 1 bis 3 begrenzt. Sie lassen sich u. a. auch auf unbelüftete Reibringe und unterschiedlich gestaltete Naben­ bauteile übertragen.

Ein weiterer wesentlicher Punkt zur Reduzierung von uner­ wünscht hohen Temperaturdifferenzen bzw. Wärmespannungen am Reibring besteht darin, den Reibring möglichst symmetrisch zu gestalten, um eine möglichst rasche und gleichmäßige Wär­ meverteilung über den gesamten Reibring zu erzielen.

Claims (4)

1. Bremsscheibeneinheit (1), bestehend aus einer Nabe (2) und einem Reibring (4), der über eine radiale Verzahnung lösbar und formschlüssig mit der Nabe (2) verbunden ist, wobei innerhalb der Verzahnung zwischen Innendurchmesser des Reibringes (4) und Außendurchmesser der Nabe (2) zur Übertragung der Bremsumfangskräfte am Reibring (4) zu­ mindest eine vorzugsweise senkrecht zur Umfangsrichtung orientierte Anschlagfläche (11) mit einer zugehörigen ebenso orientierten Anlagefläche (9) an der Nabe (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibring (4) im Übergangsbereich zwischen Reibring und Anschlag­ fläche (11) eine in radialer Richtung verlaufende Nut (14) aufweist, die sich bis in die von den Bremsklötzen überstrichene Reibfläche (12) des Reibringes (4) er­ streckt.

2. Bremsscheibeneinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nabe (2) an ihrem Außendurchmesser zumindest eine in Umfangsrichtung durch Anlageflächen (9) begrenzte radial offene Ausnehmung (8) besitzt, in die ein am Innendurchmesser des Reibringes (4) radial hervorstehender, zugehöriger Zahn (10) hineinragt mit in Umfangsrichtung beiderseits angeordneten Anschlagflächen (11).

3. Bremsscheibeneinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Reibring (4) an seinem Innendurch­ messer über zumindest einen radial nach außen bis in die Reibfläche erstreckenden Einstich (17) verfügt, der in Umfangsrichtung zu beiden Seiten von Anschlagflächen (11) begrenzt wird und die Nabe (2) an ihrem Außendurch­ messer entsprechend eine radial nach außen vorstehende Rippe oder einen Zapfen (18) besitzt, wobei die Rippe bzw. der Zapfen (18) in den Einstich (17) am Reibring (4) formschlüssig hineinragt und jeweils auf beiden Sei­ ten in Umfangsrichtung eine Anlagefläche (9) vorgesehen ist.

4. Bremsscheibeneinheit nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (14, 17) an ihrem Boden eine ausgerundete Kontur aufweist.