DE2219770A1

DE2219770A1 - Belueftete bremsscheibe und vorrichtung zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2219770A1
Application number: DE19722219770
Authority: DE
Inventors: Walter Blaessing; Walter Schoenfeld; Guenther Schwarz
Original assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Current assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Priority date: 1972-04-22
Filing date: 1972-04-22
Publication date: 1973-10-31
Also published as: GB1395290A; SE405631B; GB1388993A; FR2182494A5; IT982101B; DE2219770C2

Description

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Jjf Stuttgart H-. isÄe;wetetra»a 40

2U April 1972

Schwäbische Hüttenwerke

Gesellschaft mit be- ·

schränkt er Haftung *·-.-■

7083 WasserälfIngen. 2219770

"Belüftete Bremsscheibe und Vorrichtung zu ihrer Herstellung"

Die Erfindung betrifft eine belüftete Bremsscheibe zur Verwendung in einer Axialbremse, beispielsweise für ' Fahrzeugräder, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die aus Eisen oder Stahl im Gießverfahren hergestellt ist und zwischen ihren als Anlageflächen für feststehende Bremskörper dienenden, vorzugsweise planparallelen Stirnflächen mehrere in radialer 'Richtung sich erstreckende Kühlkanäle enthält, von denen jeder mit mehreren Kühlöffnungeii ver- ' bunden ist, die sich in axialer Richtung von den Kühlkanälen bis zu den Stirnflächen erstrecken. "

Bei Kraftfahrzeugen sind derartige Axialbremsen unter der Bezeichnung "Scheibenbremsen" bekannt. Bei diesen ist die Bremsscheibe mit einem Fahrzeugrad verbunden und wird zangenförmig 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 der Drehrichtung der Scheibe am Fahrzeug abgestütz sind. Die beim Bremsvorgang entstehende Reibungswärme kann wesentlich besser abgeleitet werden, wenn die Bremsscheibe nicht massiv ausgebildet ist, sondern in bekannter Weise mehrere in radialer Richtung sich erstreckende Kühlkanäle enthält. Es sind bereits derartige, belüftete Bremsscheiben bekannt geworden, die aus Eisen oder Stahl im Gießverfahren hergestellt' sind und bei denen die Kühlkanäle beim

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Gießvorgang durch geeignet ausgebildete Formkerne ausgespart werden. Es sind außerdem bereits belüftete Bremsscheiben bekannt geworden, bei Vielehen die Wärmeab^it,.ung dadurch verbessert ist., daß jeweils irn Bereich der einzelnen Kühlkanäle mehrere, durch spangebende Bearbeitung angebrachte Bohrungen enthalten' sind, die von den als Bremsflächen dienenden Stirnflächen der Scheibe bis zu den Belüftungskanälen verlaufen. Da an einer einzigen Bremsscheibe 300 bis 400 solcher Bohrungen vorgesehen sind, ergibt sich ein erheblicher Bearbeitungsaufwand, bei weichem nicht nur die Bearbeitungszeit sondern auch die Kosten der für eine rationelle Fertigung erforderlichen Mehrspindelbohrwerke beträchtlich sind. Darüberhinaus hat es sich für die Gebrauchstüchtigkeit der seither bekannt gewordenen Bremsscheiben als nachteilig erwiesen, daß durch die Bohrvorgänge mechanische Spannungen in den meist aus Gußeisen hergestellten Bremsscheiben .hervorgerufen werden, welche leicht zum Verzug führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine Bremsscheibe zu schaffen, die wesentlich billiger in der Herstellung und gegen Verzug und thermischer Beanspruchung widerstandfähiger ist»

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Bremsscheibe der eingangs beschriebenen Art vorgesehen, daß die Kühlöffnungen beim Gießvorgang erzeugt sind. Die Herstellung der Kühlöffnungen unmittelbar beim Gießvorgang ist wesentlich wirtschaftlicher als die S3itherige spangebende Bearbeitung mit Bohrwerken. Durch •das Vorgießen der Kühlöffnungen bleibt eine"die Kühlkanäle und die Kühlöffnungen begrenzende, bis zu den Stirnflächen reichende durchgehende Gießhaut erhalten, welche den Verzug der

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Scheibe herabsetzt. Außerdem wird der Werkstoff der Bremsscheibe durch die zahlreichen Kühlöffnungen untGibrochen. Hierdurch wird., eine Materialanhäufung vermieden, die leicht zur Lunkerbildung führen kann. Darüber hinaus viira^QSSi der seither durchgeführten mechanischen Bearbeitung entstehende Eingriff in das Werkstoff-Gefüge vermieden und infolge der durchgehenden Gußhaut die Gefahr der Rißbildung gemindert.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Kühlöffnungen zusammen mit den Kühlkanälen _ · durch einen - gemeinsamen Formkern beim Gießen erzeugt sind.

Da in diesem Falle die Übergangsζonen zwischen den .Kühlkanälen und den Kühlöffnungen ausgerundet gestaltet werden können, wird neben der angestrebten durchgehenden Gußhaut gleichzeitig auch eine gleichmäßige Wärmeverteilung der beim Bremsen entstehenden Reibungswärme sichergestellt. Zweckmäßig können die Kühlöffnungen in ihren senkrecht zur Drehachse der Bremsscheibe verlaufenden Querschnitten wenigstens annähernd kreisförmig ausgebildet sein.

Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Kühlöffnungen in ihren parallel zur Drehachse der Bremsscheibe geführten Längsschnitten gegen die als Bremsflächen dierende^tirnseiten der Scheibe hin geringfügig abnehmen, vorzugsweise leicht konisch gestaltet

Als Teil einer zur Herstellung ,einer gegossenen Bremsscheibe nach der Erfindung kann vorteilhaft ein Formkern vorgesehen werden, der nach dem bekannten Maskenformverfahren, welches auch als Croningverfahren. bezeichnet wird, aus harzumhülltem Quarz— 'sand hergestellt und bis auf eine zu _ Erhärten seiner Harzbestandteile führenden Temperatur erwärmt worden,.ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Formkern eine Vielzahl von strahlenförmig angeordneten, radial oder tangential sich erstreckenden Rippen auf, Vielehe zum Aussparen der Kühlkanäle vorgesehen und jeweils mit mehreren, in verschiedenem, radialen Abstand angeordneten Ansätzen verbunden sind, die nach beiden axialen Richtungen von den Rippen abstehen. Die Herstellung des Formkerns kann dadurch

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erleichtert und seine Stabilität vergrößert werden, wenn jeweils zwei nach verschiedenen axialen Richtungen abstehende Ansätze gleichachsig zueinander angeordnet sind. Zweckmäßig können diese Ansätze als Kegelstümpfe mit einem kleinen Kegelspitzenwinkel von weniger als 10°, vorzugsweise von 2-3 ausgebildet sind.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Bremsscheibe in perspektivischer Darstellung,

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

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

Fig. 4 in einem Teilschnitt nach der Linie IV - IV in Fig. 2.

Die in schräger Drausicht auf eine ihrer beiden Bremsflächen 11 dargestellte Bremsscheibe nach Fig. 1 ist für eine zu der Gruppe der Axial-Bremsen gehörenden Scheibenbremse für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug bestimmt. Sie ist aus Gußeisen hergestellt und hat eine zentrale Befestigungsnabe 12, an welcher sie mit einem nicht dargestellten Fahrzeugrad mittels Schrauben befestigt werden kann, Vielehe durch Bohrlöcher 13 hindurchgreifen. An ihrem von der Nabe j.2 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 Umfangsflache 14 der Bremsscheibe zangenartig umgreift.

Wie Fig. 1 deutlich erkennen läßt, enthält die Bremsscheibe eine größere Anzahl von radial verlaufenden KUhlkanälen 15>

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die annähernd rechteckige Querschnitte haben und in Umfangsrichtung der Scheibe gleichmäßig verteilt nebeneinander angeordnet sind. Zu jedem der Kühlkanäle gehören mehrere Kühlöffnungen l6, die mit ihrem zugehörigen Kühlkanal verbunden sind, und sich in axialer Richtung jeweils bis zu einer der beiden Stirnflächen 11 erstrecken. Erfindungsgemäß sind diese Kühlöffnungen iß zusammen mit ihren jeweiligen Kühlkanälen unmittelbar beim Gießvorgang.der Bremsscheibe erzeugt worden, wobei zum Aussparen der Kühlöffnungen l6 und der Kühlkanäle 15 ein Formkern verwendet wurde, der in den Fig. 2 -. 4"näher 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 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 200° C erhitzt.'Der harzumhüllte Quarzsand wird mittels Preßluft in den Kernkasten eingeblasen. Bei der genannten Temperatur des.Kernkastens härtet der Quarzanteil des Sandes rasch aus und ergibt dann einen transportfähigen, stabilen Sandkern der in den Fig. 2-4 dargestellten Ausbildung, in welcher die Konturen des Kernkastens genauestens wiedergegeben und die KühlÖffnungen sowie die Kühlkanäle für eine Bremsscheibe festgelegt sind.

Der Formkern besteht somit aus einem einzigen Stück und weist eine der Zahl der vorgesehenen Kühlkanäle 15 entsprechende Anzahl von radialen Rippen 25 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 Kühlöffnungen l6 ausgespart werden.

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Die Ansätze 26 an jeder der Rippen 25 sind 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 zugehörigen Rippe 25 verbunc3en sind. Die Ansätze 26 sind als Kegelstümpfe ausgebildet und haben einen als Anzug wirkenden land 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 Croninverfahren außerordentlich sauber und glatt und darüber hinaus maßhaltig hergestellt werden kann, ergibt sich beim Gießen der Bremsseheibe eine hohe Ober-, flächengüte an den Kühlkanälen und den KühlÖffnungen, die jede Nachbearbeitung unnötig macht. Nach dem Gießen läßt sich der Kernsand des Formkerns ohne Schwierigkeit aus dem fertigen Gußstück entfernen. Die gegossene Bremsscheibe braucht dann lediglich noch bearbeitet zu vier den.

Für die Herstellung des Formkernes ist es notwendig, 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 welche sichergestellt werden kann, daß die Begrenzungswände der Kühlkanäle 15 und der Kühlöffnungen l6 von einer glatten, durchgehenden Gußhaut gebildet werden.

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Claims

7 22197 Ansprüche

1. Belüftete Bremsscheibe zur Verwendung in 'einer Axialbremse, beispielsweise für Fahrzeugräder, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die aus Eisen oder Stahl im Gießverfahren hergestellt, ist und zwischen ihren als An-. lageflächen für feststehende Bremskörper dienenden, vorzugsweise planparallelen Stirnflächen mehrere in r.adialer Richtung sich erstreckende Kühlkanäle enthält, von denen jeder mit mehreren Kuhlöffnungen verbunden ist, die sich in axialer Richtung bis zu den Stirnflächen erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlöffnungen (l6) beim Gießvorgang erzeugt sind..

2. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlöffnungen (ΐβ) zusammen mit den Kühlkanälen durch einen Formkern erzeugt sind.

j5. Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2_S dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlöffnungen ·Ί6) in ihren senkrecht zur Drehachse der Bremsscheibe verlaufenden Querschnitten kreisförmig oder ähnlich ausgebildet sind.

4. Bremsscheibe· nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlöffnungen ^16) in ihren parallel zur Drehachse der Bremsscheibe geführten Längsschnitten gegen die Stirnseiten ill) hin geringfügig abnehmen, vorzugsweise leicht konisch gestaltet sind.

5. Formkern zur Herstellung einer gegossenen Bremsscheibe nach einem, der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß er nach dem bekannten Maskenform verfahren aus harzumhülltem Quarzsand hergestellt und bis zum Erhärtendeiner Harzbestandteile temperaturbehandelt ist.

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6. Formkern nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vielzahl von strahlenförmig angeordneten, radial sich erstreckenden Rippen '25). aufweist, welche zum Aussparen der Kühlkanäle ;'15) vorgesehen und jeweils mit mindestens zwei, vorzugsweise mit mehreren, in verschiedenem radialem Abstand angeordneten Ansätzen ''26) verbunden sind, die nach, beiden axialen Richtungen des Formkerns bzw. der Bremsscheibe abstehen.

7· Formkern nach Asnpruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei nach verschiedenen axialen Richtungen abstehende Ansätze (26) gleichaohsig zueinander angeordnet sind.

8. Formkern nach Anspruch 6 oder f, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (26) als Kegelstümpfe mit einem kleinen Kegelspitzenwinkel von weniger als 10° ausgebildet sind, vorzugsweise einen Kegelspitzenwinkel von 2 - 3 ■ aufweisen,

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