DE102010055973B3

DE102010055973B3 - Bremsscheibe und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102010055973B3
Application number: DE201010055973
Authority: DE
Inventors: Dario Jurkic; Uwe Zurmühl
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2012-04-05
Anticipated expiration: 2030-12-24
Also published as: WO2012084110A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe (10) für einen Kraftwagen, mit einem Bremsscheibentopf (14) und einem zu diesem koaxial angeordneten Reibring (12), wobei eine äußere Mantelfläche (24) des Bremsscheibentopfes (14) ein Zahnprofil (22) aufweist, welches zur Drehmomentübertragung in ein komplementäres Zahnprofil (20) einer inneren Mantelfläche des Reibrings (12) eingreift, und wobei der Bremsscheibentopf (14) durch radiale Verprägungen (36), welche in korrespondierende Aufnahmen (34) des Reibrings (12) eingreifen, axial gesichert ist, wobei die Aufnahmen (34) für die Verprägungen (36) als Nuten im Zahnprofil (20) des Reibrings (12) ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
So genannte Verbundbremsscheiben, also Bremsscheiben, deren Reibring und Bremsscheibentopf aus unterschiedlichen Materialien bestehen, sind allgemein bekannt. Eine solche ist beispielsweise in der DE 4 419 757 A1 beschrieben. Verbundbremsscheiben finden zunehmend Anwendung, da durch die Trennung von Bremsscheibentopf und Reibring die genannten Teile jeweils für sich genommen für ihren Einsatz optimiert werden können. So ist es beispielsweise möglich, Reibringe aus Gusseisen, welches hervorragende tribologische und Wärmeleiteigenschaften aufweist, mit Bremsscheibentöpfen aus Blech zu kombinieren, um so die gesamte Bremsscheibe leichter zu gestalten und die ungefederte Masse eines Kraftwagens mit einer solchen Bremsscheibe zu verringern.
Um den Bremsscheibentopf an den Reibring zu fügen, lehrt die DE 4 419 757 A1 , radiale Verprägungen am Bremsscheibentopf vorzusehen, welche in Lüftungskanäle des Reibringes eingreifen um so Bremsscheibentopf und Reibring sowohl axial zu sichern als auch eine Drehmomentübertragung zu ermöglichen. Eine solche Verbindung von Bremsscheibentopf und Reibring vermindert jedoch die gestalterischen Freiheiten und schränkt gleichzeitig die Effizienz der Kühlung durch die Luftkanäle des Reibringes ein.
Aus der EP 2 263 813 A1 ist eine Bremsscheibe mit einer Reibringanordnung und einem damit verbundenen Topf bekannt. Es ist an der Reibringanordnung ein Fortsatz und am Topf ein den Fortsatz umgreifender axialer Abschnitt vorgesehen, an dem Reibringanordnung und Topf miteinander verbunden werden. Mittels mindestens einer Walze wird durch Drücken aus einem Blech ein Topf geformt, wobei das Blech in Richtung auf die Reibringanordnung gedrückt wird.
Die DE 10 2009 012 216 A1 offenbart eine Bremsscheibe für einen Kraftwagen, mit einem Bremsscheibentopf und einem zu diesem koaxial angeordneten Reibring, wobei eine äußere Mantelfläche des Bremsscheibentopfes ein Profil aufweist, welches zur Drehmomentübertragung in ein komplementäres Profil einer inneren Mantelfläche des Reibringes eingreift. An der äußeren Mantelfläche des Bremsscheibentopfes ist wenigstens eine Lasche zur axialen Sicherung ausgebildet.
Aus der DE 10 2008 021 625 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe durch Zusammenfügen eines Bremsscheibentopfes und eines Reibringes in einem Umformprozess bekannt. Durch den Umformprozess wird von der Seite des Bremsscheibentopfes Material in radial nach außen angeordnete Vertiefungen des Reibringes eingeformt.
Die DE 102 53 451 A1 offenbart eine Verbundbremsscheibe. Ein vom Reibring in Axialrichtung abragender Reibringstummel ist als erstes Verbindungselement vorgesehen. Er ist formschlüssig mit der als zweites Verbindungselement fungierenden Topfwand des Bremsscheibentopfes verbunden.
Die DE 102 50 231 A1 offenbart eine mehrteilige Bremsscheibe mit einem Reibringträger, an dem ein Reibring tangential verdrehfest befestigt und axial fixiert ist. Dabei ist am Reibring eine Kontaktfläche ausgebildet, die im montierten Zustand der Bremsscheibe einer zugehörigen Anlagefläche am Reibringträger gegenüberliegt.
Aus der DE 102 61 956 A1 ist ein Innenhochdruckumform-Verfahren zur formschlüssigen Verbindung eines topfförmigen Formkörpers mit einem ringförmigen Bremsscheibenkörper zur Bildung einer Scheibenbremse bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Wandung bei innen- und außenseitiger radialer Abstützung von der Innenseite aus mit Hochdruck beaufschlagt und gleichzeitig axial gestaucht, so dass die Wandung nach außen verformt wird.
Es ist ferner bekannt, am Bremsscheibentopf ein Formschlusselement, beispielsweise eine Verzahnung, anzubringen, die in eine komplementäre Verzahnung des Reibringes eingreift. Solche formschlüssigen Verbindungen von Bremsschreibentopf und Reibring ermöglichen eine sehr gute Drehmomentübertragung, bieten jedoch keine axiale Sicherung der Teile gegeneinander. Zur axialen Sicherung ist daher oftmals vorgesehen, am Bremsscheibentopf noch Laschen anzubringen, die zur axialen Sicherung gegen den Reibring umgebogen werden. Dies bietet zwar eine sehr gute axiale Sicherung, ist jedoch herstellungstechnisch aufwendig. Insbesondere besteht die Gefahr, dass während des Einpressens des Bremsscheibentopfes in den Reibring die Laschen bereits umgebogen werden. Dies führt zu Ausschuss, da dann kein zuverlässiger Halt der Teile gegeneinander mehr gewährleistet werden kann. Die abstehenden Laschen am Bremsscheibentopf führen bei dessen Fertigen zudem zu weiteren Problemen. Beispielsweise machen sie es notwendig, die gefertigten Bremsscheibentöpfe lageorientiert auf Förderbänder oder dergleichen abzulegen, so dass die Laschen vom Förderband wegragen, so dass keine Beschädigung des Förderbandes entsteht. Auch spezielle Ladungsträger und dergleichen sind notwendig, um sicherzustellen, dass beim Transport die Laschen nicht versehentlich umgebogen werden.
Auch beim Umbiegen der Laschen selbst kann es zu Problemen kommen, da immer eine gewisse Rückfederung auftritt. Zwischen den Laschen und den Reibring ist daher zwangsläufig immer ein gewisses Spiel vorhanden. Beim Biegen kann es zudem zu einem teilweisen einreißen der Laschen kommen, was die Haltbarkeit der fertigen Bremsscheibe beeinträchtigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, eine Bremsscheibe nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, die sich einfach und zuverlässig fügen lässt und die eine hohe Haltbarkeit aufweist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Bremsscheibe bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Bremsscheibe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst.
Bei einer derartigen Bremsscheibe für einen Kraftwagen ist ein separater Bremsscheibentopf und ein separater, zu diesem koaxial angeordneter Reibring vorgesehen. Eine äußere Mantelfläche des Bremsscheibentopfes weist hierbei ein Zahnprofil auf, welches zur Drehmomentübertragung in ein komplementäres Zahnprofil einer inneren Mantelfläche des Reibrings eingreift. Die Zahnprofile greifen in Form einer Presspassung ineinander. Der Bremsscheibentopf ist durch radiale Verprägungen, welche in korrespondierende Aufnahmen des Reibrings eingreifen, axial gesichert. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Aufnahme für die Verprägungen als Nuten im Zahnprofil des Reibrings ausgebildet ist. Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik kann daher vollkommen auf Laschen verzichtet werden. Die Verprägungen können unabhängig von der Lage der Lüftungskanäle angebracht werden und beeinträchtigen diese nicht in ihrer Funktion. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Bremsschreibe wird ein spielfreier Kraftschluss in axialer Richtung erzielt, der zu einer besonders haltbaren Bremsscheibe führt. Da am ungefügten Bremsscheibentopf keine scharfkantigen Laschen aufstehen, ist dessen Handhabung wesentlich vereinfacht. Insbesondere ist es nicht notwendig, spezielle Ladungsträger zu verwenden, oder den Bremsscheibentopf in einer bestimmten Lageorientierung auf Bänder oder dergleichen aufzulegen. Die Verarbeitung ist daher wesentlich einfacher und kostengünstiger.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Aufnahmen im Zahnfußbereich des Zahnprofils des Reibrings angeordnet. Dies führt zu einer besonders guten Kraftverteilung und damit zu einer besonders haltbaren Bremsscheiben. Es hat sich dabei als besonders zweckmäßig erwiesen, an jedem zweiten Zahn des Zahnprofils des Reibrings eine solche Nut vorzusehen. Damit wird eine symmetrische Verteilung axial einwirkender Kräfte über den gesamten Umfang des Reibrings bzw. Bremsscheibentopfes erzielt, so dass es nicht zu Materialspannungen oder dergleichen kommt.
Der Bremsscheibentopf ist vorzugsweise als Blechbauteil ausgebildet, um so eine besonders leichte Umformbarkeit zur Herstellung des gewünschten Kraftschlusses, bzw. einer Presspassung zu erzielen. Hierbei sind insbesondere Bleche aus Stahl von Bedeutung. Ebenso ist es auch möglich geeignete Leichtmetalllegierungen, insbesondere Aluminiumlegierungen zu verwenden. Zweckmäßigerweise ist der Reibring als Gussbauteil, vorzugsweise als Grauguss oder Sphäroguss hergestellt, so dass die gewünschten tribologischen und Wärmeleiteigenschaften gewährleistet sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Bremsschreibe. Hierbei wird zunächst ein Bremsscheibentopf mit einem Zahnprofil in einer äußeren Mantelfläche sowie ein Reibring mit einem Zahnprofil mit einer inneren Mantelfläche bereitgestellt. Der Bremsscheibentopf weist dabei ein gewisses Übermaß des Reibrings auf, so dass sich später durch Umformung die gewünschte Verbindung herstellen lässt. Im Bereich des Zahnprofils des Reibrings wird in der Folge wenigstens eine Aufnahmenut eingebracht. Zunächst wird dann der Bremsscheibentopf axial in den Reibring eingepresst, wobei die beiden Zahnprofile in Wirkverbindung treten. Damit ist bereits eine Verdrehsicherung und die Möglichkeit zur Drehmomentübertragung gewährleistet. Anschließend erfolgt ein radiales Einpressen wenigstens eines Wandungsbereichs des Bremsscheibentopfes in die Aufnahmenut des Reibrings, um so die gewünschte axiale Sicherung zu erzielen. Das Verfahren zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus, da beide Einpressvorgänge in einem einzigen Werkzeug durchgeführt werden können. Solche Bremsscheiben sind daher sehr kostengünstig in der Herstellung. Vorzugsweise wird die wenigstens eine Aufnahmenut im Bereich eines Zahnfußes des Zahnprofils des Reibringes angebracht. Dies kann mit üblichen spanenden Verfahren geschehen.
Außerhalb des Bereichs der Zahnprofile kann die Bremsscheibe mit radial in der Bremsscheibe verlaufenden Kühlkanälen versehen sein. Hierbei wird einen innenbelüftete Bremsscheibe gebildet. Die Kühlkanäle können die Bremsscheibe dabei vollständig radial durchdringen.
Es ist daher besonders zweckmäßig, jeweils eine Aufnahmenut im Bereich des Zahnfußes jedes zweiten Zahnes des Reibrings einzubringen, um eine symmetrische Verteilung axial einwirkender Kräfte zu gewährleisten.
Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsform anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe;
2 eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe während des Fügens; und
3 und 4 Ausschnittsvergrößerungen aus 2 im Bereich der Prägestempel zum Anbringen einer radialen Verprägung.
Eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Bremsscheibe umfasst einen Reibring 12 sowie einen Bremsscheibentopf 14. Der Reibring 12 ist aus Grauguss gefertigt, um die notwendigen tribologischen Eigenschaften und eine gute Wärmeleitfähigkeit zu erzielen und umfasst eine Mehrzahl von Durchgangsbohrungen 16, die auf der Oberfläche 18 des Reibringes 12 münden. Über eine Verzahnung 20 ist der Reibring 12 mit einer komplementären Verzahnung 22 des Bremsscheibentopfes 14 formschlüssig über eine Presspassung verbunden. Dies ermöglicht die Übertragung von Drehmomenten zwischen Reibring 12 und Bremsschreibentopf 14.
Der Bremsschreibentopf 14 ist im Gegensatz zum Reibring 12 aus einem leichten Blech gefertigt und kann beispielsweise durch Ziehen oder dergleichen umgeformt werden. In einer Mantelwandung 24 des Bremsscheibentopfes 14 sind Öffnungen 26 für die Kühlung des Topfes angebracht. In bevorzugter Weise korrespondieren Anzahl und Lage dieser Öffnungen 26 mit jeweils einer Reihe von Durchgangsbohrungen 16 der Bremsscheibe. Im Bereich des Zahnfußes 28 jedes zweiten Zahnes 30 der Verzahnung 20 des Reibringes 12 ist eine in der Draufsicht nicht zu erkennende Nut in der Reibring 12 eingebracht. Durch einen Prägestempel 32 ist die Mantelwandung 24 des Bremsschreibentopfes 14 in eine jeweilige Nut 34 eingepresst. Der durch das Einpressen entstandene Vorsprung 36 verbindet sich kraft- und formschlüssig mit der Nut 34, so dass der Reibring 12 gegen axiale Verschiebung gegenüber dem Bremsscheibentopf 14 gesichert ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders haltbare und gleichzeitig einfach herzustellende Verbindung zwischen Bremsschreibentopf 14 und Reibring 12.
2 zeigt die Herstellung einer derartigen Verbindung. Der Reibring 12, der wie in der Schnittdarstellung zu erkennen ist, aus zwei Reibringhälften 38, 40 besteht, wird auf einem Halteelement 42 gehalten. Mittels eines Stempels 44 wird der Bremsscheibentopf 14 axial, also in Richtung des Pfeils 46 in den Reibring 12 eingepresst. Der Bremsscheibentopf kann dabei ein gewisses Übermaß aufweisen, so dass sich bereits bei diesem Einpressvorgang eine gewisse Presspassung ergibt. Zur Führung des Bremsscheibentopfes 14 ist ein konischer Stempel 48 vorgesehen, welcher in die Nabenöffnung 50 des Bremsscheibentopfes 14 eingreift. Um eine Verformung des Bremsscheibentopfes 14 durch das Einpressen mittels des Stempels 44 zu vermeiden, sind Gegenhalter 52 vorgesehen, die mittels Federn 54 nachgiebig am Untergrund abgestützt sind. Die Gegenhalter 52 stützen die Innenflächen des Bremsscheibentopfes 14 gegen Verformung ab. Sobald der Bremsscheibentopf 14 vollständig in den Reibring 12 eingepresst ist, wird mittels der in den Gegenhaltern 52 beweglich aufgenommenen Stempel 32 die Verprägung zwischen Nut 34 und der Mantelwandung 24 des Bremsscheibentopfes 14 erzeugt. Um die Verformung zu erleichtern, ist zwischen der Wandung des Bremsscheibentopfes 14 und dem Stempel 44 ein Spalt 56 vorgesehen.
Wie beschrieben erfolgt diese Verformung der Mantelwandung 24 des Bremsscheibentopfes 14 im Bereich jedes zweiten Zahnes 30 der Verzahnung 20, 22 zwischen Reibring 12 und Bremsscheibentopf 14.
Wie 4 zeigt, weist die Mantelwandung 24 des Bremsscheibentopfes 14 zudem einen Absatz 58 auf, mit welchem der Bremsscheibentopf 14 beim Einpressen auf der Oberfläche 18 des Reibringes 12 anschlägt. Damit wird eine gesicherte Lageorientierung zwischen Bremsscheibentopf 14 und Reibring 12 sichergestellt. Insgesamt wird so eine einfach zu fertigende und gleichzeitig sehr gut haltbare Bremsscheibe 10 geschaffen.
Bezugszeichenliste

10: Bremsscheibe
12: Reibring
14: Bremsscheibentopf
16: Durchgangsbohrungen
18: Oberfläche
20: Verzahnung
22: Verzahnung
24: Mantelwandung
26: Öffnungen
28: Zahnfuß
30: Zahn
32: Prägestempel
34: Nut
36: Vorsprung
38: Reibringhälfte
40: Reibringhälfte
42: Halteelement
44: Stempel
46: Pfeil
48: Stempel
50: Nabenöffnung
52: Gegenhalter
54: Feder
56: Spalt
58: Absatz

Claims

Bremsscheibe (10) für einen Kraftwagen, mit einem Bremsscheibentopf (14) und einem zu diesem koaxial angeordneten Reibring (12), wobei eine äußere Mantelfläche (24) des Bremsscheibentopfes (14) ein Zahnprofil (22) aufweist, welches zur Drehmomentübertragung in ein komplementäres Zahnprofil (20) einer inneren Mantelfläche des Reibrings (12) eingreift, und wobei der Bremsscheibentopf (14) durch radiale Verprägungen (36), welche in korrespondierende Aufnahmen (34) des Reibrings (12) eingreifen, axial gesichert ist, wobei die Aufnahmen (34) für die Verprägungen (38) als Nuten im Zahnprofil (20) des Reibrings (12) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (34) im Zahnfußbereich (28) des Zahnprofils (20) des Reibrings (12) angeordnet sind und an jedem zweiten Zahn (30) des Zahnprofils (20) des Reibrings (12) eine Nut (34) vorgesehen ist.
Bremsscheibe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf (14) als Blechbauteil, insbesondere aus Stahl oder Aluminiumlegierung ausgebildet ist.
Bremsscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (12) als Gussbauteil, insbesondere aus Grauguss oder Sphäroguss, ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe (10) für einen Kraftwagen mit den Schritten: – Bereitstellen eines Bremsscheibentopfes (14) mit einem Zahnprofil (22) in einer äußeren Mantelfläche (24); – Bereitstellen eines Reibrings (12) mit einem Zahnprofil (20) in einer inneren Mantelfläche; – Einbringen wenigstens einer Aufnahmenut im Bereich des Zahnprofils (20) des Reibrings (12); – axiales Einpressen des Bremsscheibentopfes (14) in den Reibring (12); – radiales Einpressen wenigstens eines Wandungsbereichs (36) des Bremsscheibentopfes (14) in die Aufnahmenut (34) des Reibrings (12), wobei die wenigstens eine Aufnahmenut (34) im Bereich eines Zahnfußes (28) eingebracht wird und im Bereich des Zahnfußes (28) jedes zweiten Zahnes (30) des Reibrings (12) jeweils eine Aufnahmenut (34) eingebracht wird.