DE2748824A1

DE2748824A1 - Leichtmetall-scheibenbremse, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2748824A1
Application number: DE19772748824
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Ing Klaue
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-10-31
Filing date: 1977-10-31
Publication date: 1979-05-03
Also published as: JPS5499873A; GB2008212A; DE2748824B2; DE2748824C3; FR2407398A1

Description

Dr. Ing. Hermann Klaue Δ IHOQaH Rethwiese 38 R 687/j?

Postfach 1745
2080 Pinneberg

Leichtmetall-Scheibenbremse, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Es sind Vollbelagscheibenbremsen bekannt, bei denen ein innen oder aussen geschlossenes, umlaufendes Bremsgehäuse Verwendung findet und im Bremsgehäuse in Umfangsrichtung fest, axial frei beweglich, auf einem, das Bremsgehäuse ΐηηβη oder aussen umfassenden, stationären Bremsträger, mit Bremsbelag ausgerüstete Bremsscheiben angeordnet sind, die durch eine, ebenfalls auf dem Bremsträger gelagerte, zwischen den Bremsscheiben sitzende mechanische, hydraulische oder pneumatische Zuspanneinrichtung mit den umlaufenden Bremsgehäuseteilen in Reibschluss gebracht werden. Es ist bereits vorgeschlagen worden, für die Bremsgehäuseteile zur Gewichtsreduzierung und Verbesserung der Wärmeabführung Leichtmetall, insbesondere eine Aluminiumlegierung, anzuwenden. Aluminium weist rund die vierfache Wärmeleitfähigkeit und die doppelte spezifische Wärme von Grauguss auf, besitzt allerdings den Nachteil der grössoren Dehnung und der geringeren Festigkeit. Auch kann eine Leichtmetalloberfläche nicht als Gegenwerkstoff für den Reibschluss Anwendung finden.

Um diese Nachteile von Leichtmetall bei Anwendung für die wärmeaufnehmenden Teile von Bremsen zu beheben, ist bereits vorgeschlagen worden, auf den Reiboberflächen von Leichtmetallgehäuson für Vollbelagscheibe^bremsen dünne Metall-Laufflächen, denen durch konstruktive Massflfthmen die Möglichkeit einer ra-

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dialen Ausdehnung gegeben ist, zu verwenden oder eine Grauguss-Scheibe durch spezielles Gussverfahren mit Leichtmetall zu verbinden. Beide Lösungen haben zu keinem Erfolg geführt, weil bei einer aufgesetzten Stahlscheibe der Wärmefluss zwischen der Reibfläche und dem Grundmaterial durch die dünne Luftschicht zwischen beiden Werkstoffen unterbrochen ist. Bei durch ein Gussverfahren mit den Leichtmetallgehäuscteilen verbundenen Graugussringen verhindert die unterschiedliche wärmedehnung der beiden Werkstoffe eine dauerhafte Verbindung.

In letzter Zeit sind Verfahren entwickelt worden, um Leichtmetalle durch Metalle und/oder Metalloxydefwelche durch Plasmaoder Detonationsspritzen in dünner Schicht aufgebracht werden, mit einer verschleissfesten Oberfläche auszurüsten. Bei Aluminium eignet sich besonders eine aus Aluminium und Aluminiumoxyd (Al-O-) zusammengesetzte Schicht. Es sind auch bereits Teilbelagscheibenbremsen mit derartig beschichteten Leichtmetallbremsscheiben ausgerüstet worden, um das Gewicht der Bremsen zu reduzieren. Dabei hat sich herausgestellt, dass eine Metalloxydschicht wohl eine temperaturfeste Bindung zwischen Reiboberfläche und Grundmetall herstellt, jedoch kein thermischer Vorteil gegenüber Bremsen mit Grauguss-Scheiben erzielt wird. Das thermische Verhalten wird sogar verschlechtert, weil die Oxydschicht einen stark reduzierten Wärmeleitkoeffizienten aufweist. Bei Teilbelagscheibenbremsen wird die Bremswärme zum überwiegenden Teil über die Reibanlauffläche an die Luft abgeführt. Durch die Metalloxyd-Oberflflche wird dieser Wärmefluss weitgehend verhindert. Ausserdem tritt auch bei dem Wärmefluss in die Bremsscheibe, welcher an den Berührungsflächen der Reibbeläge erfolgt, infolge der grossen spezifischen Flächenleistung von Teilbelagscheibenbremsen ein Stau auf, so dass die Temperatur an der Reibfläche noch weiter erhöht wird.

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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, mit einer Verschleissschicht ausgerüstete Leichtmctallbrcmsteile für Bremsen zu verwenden und dabei die guten Verschleiss- und Laufeigenschaften von Aluminiumoxyd auszunutzen, jedoch das thermische Verhalten der Bremse zu verbessern, indem die günstigen physikalischen Werte von Leichtmetall, besonders sein gutes Wärmeleitvermögen zur Abführung der Bremswärme an die Luft auch tatsächlich ausgenutzt werden können.

Erfindungsgemäss wird die Leichtmetall-Scheibenbremse, bei der die Reiboberflächendes umlaufenden, aus einer Leichtmetall-Legierung hergestellten Bremsentciles in für sich bekannter Weise durch eine mittels Plasma- oder Detonationssnritzen

oder -karOi'cf aufgebrachte Schichten von Metall und/oder Metalloxyd,"beispielsweise Aluminium und Aluminiumoxyd (Al₀O^l, gebildet werden, in Vollbelagscheibenbremsbauart ausgeführt, bei der in ebenfalls für sich bekannter Weise die den Reiboberflächen gegenüberliegenden Aussenflachen mit radialen Kühlrippen oder Kühlkanälen ausgerüstet sind.

Bei der der VoIlbelagscheibenbrems-Bauart eigentümlichen, gegenüber Teilbelagscheibenbremsen erheblich reduzierten spezifischen Reibleistung wirkt sich die durch die Metalloxydoberfläche verminderte Wärmeleitfähigkeit, welche bei einer Oberflächenbeschichtung aus Metall mit Metalloxyd in der Grössenordnung der von Grauguss und bei reinem Metalloxyd weit darunter liegt, nicht nachteilig aus. Jedenfalls wird der Wärmefluss in das Leichtmetal !grundmaterial der Bremscehäuseringe nicht soweit vermindert, dass die Vorteile von Leichtmetall, nämlich seine verbesserte Wärmeleitung und grössere spezifische Wärme für das thermische Verhalten einer Bremse nicht zur Auswirkung gelangen. Gegenüber einer Teilbelagscheibenbremse, bei der der Wärmefluss bei der Bremsung von der Belagreibfläche über die Beschichtung an die Luft erfolgt, tritt bei der VoIl-

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bclagscheibenhremse die in Wärme umgewandelte Reibarbeit über eine vielfach grössero Belagreibfläche in die umlaufenden Bremsteile ein und wird vom Leichtmetall direkt an die Luft abßeführt. Bei der Vollbelagscheibenbremse erfolgt also im Gegensatz zur Teilbelagscheibenbremse nur ein einziger WHrmedurchgang durch die Beschichtung, und zwar über eine erheblich grössere Kontaktflache. Eine erfindungsgemäss ausgebildete Vollbelagscheibenbremse weist gegenüber einer Lösung mit Graugussbremsgehäuse ein um rund 30 \ reduziertes Gewicht auf bei gleichzeitig stark verringertem Temperaturniveau, also grösserer Lebensdauer und Standfestigkeit. Eine Teilbelagscheibenbremse mit einer Leichtmetallbremsscheibe und beschichteter Aluminiumoxyd-Reiboberfläche kann dagegen gegenüber der Ausführung mit Graugussbremsscheibe nicht leichter ausgebildet werden, wenn das thermische Verhalten unverändert bleiben soll.

In weiterer Ausbildung der Erfindung beträgt die spezifische

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Belagreibfläche mindestens 0,4 cm je kg Radlast.

In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es ist die Vorderradbremse eines Personenkraftwagens gewählt. Ein Längsschnitt durch das Rad mit Bremse ist in Fig. 1 wiedergegeben; Fig. 2 zeigt in der oberen Hälfte der Zeichnung eine Ansicht der Bremse längs der in Fig. 1 angegebenen Linie A-B und in der unteren Hälfte einen in Fig. 1 mit C-D gekennzeichneten Querschnitt. In Fig. 3 ist der obere Teil der Bremse im Längsschnitt vergrössert dargestellt, um auch die Betätigungsteile, die im Schnitt in Fig. 1 nicht detailliert wiedergegeben sind, zu veranschaulichen. Schliesslich ist in Fig. 4 ein in Fig. 3 mit E-F gekennzeichneter Teilzylinderschnitt durch zwei Bremsscheiben dargestellt.

In den Abbildungen ist mit 1 der eis Achsschenkel ausgebildete Radträger, der mit den Bremsträgerarmen 1 aus oinem Stück

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hergestellt ist, {»ekennzeichnet. Auf dem Radträgcrzapfen It läuft die Nabe 2 um, an der mittels der Radbolzen 3 das Rad befestigt ist. Zwischen Nabenflansch I^ und Radschüssel 4 ist der Bremsgehäuseträger 5 eingespannt, auf dessen axiale Arme 5 die Bremsgehäuseringe 6, 7 und 8 derart aufgeschoben sind, dass sie bei der Erwärmung eine radiale Ausdehnung durchführen können. Die axiale Halterung der Bremsgehäuseringe erfolgt durch zwei Spannringe 9 und 10, die durch Bolzen 11 verbunden sind. Zwischen den BremsgehUuseringen 6, 7 und 8 sind, axial frei beweglich, in Umfangsrichtung fest, auf den Bremsträgerarmen 1, die mit Bremsbelag ausgerüsteten Bremsscheiben 12, 13, 14 und 15 aufgehängt. Die mit den Bremsbelagoberflächen in Reibschluss stehenden Reiboberflächen 6., 7., 7y und 8. sind mit Aluminiumoxyd beschichtet. Auf der der Reiboberfläche 6. des Gehäuseringes 6 gegenüberliegenden Aussenfläche sind radiale Rippen 6₂, ebenso auf dem Bremsgehäusering 8 radiale Rippen 8,, zur Abführung der Bremswärme an die Luft angebracht. Der auf den Armen 5. des Bremsgehäuseträgers 5, axial frei beweglich, in Umfangsrichtung fest, angeordnete Bremsgehäusemittelring 7 weist auf seinen den Reiboberflächen 7j und 7₂ gegenüberliegenden Innenseiten radiale Kühlkanäle I^ auf.

Zwischen den Bremsscheiben 14 und 15 sitzt die an den Bremsträgerarmen 1, aufgehängte Hydraulik-Zuspanneinheit 16. Fig. 3 zeigt ihre Einzelteile. Die Zuspanneinheit besteht aus dem Innenring 16. und dem Aussenring 16_2< Beide zusammen bilden den Z-förmigen Druckraum, dem beim Bremsen, über den Bremsschlauch 16₄, die Bohrungen 16_g in Stutzen 16_&, sowie die Bohrung 16₇ im Aussenring 16₂ Drucköl zugeführt wird. Die Dichtringe 16g und 16_g dichten den Druckraum 16. ab und sorgen für die stufonlose Nachstellung. Damit zur Kühlung sowohl zwischen den Bremsschoibon und der Zuspanneinheit, wie auch zwischen den beiden Bremsscheiben 12 und 13 vom Innenraum der Bremse aus Luft

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durchströmen kann, weisen die Bremsscheiben auf ihren der Bclagoberflüche gegenüberliegenden Seite durchgestanzte Fortsätze 12- und 13. auf, auf denen sich die Bremsscheiben gegenseitig, bzw. auf der Zuspanneinheit abstützen. Durch die dabei entstehenden Oeffnungen 17 kann Luft hindurchströmen. In Fig. 3 kennzeichnen Pfeile die Durchström-Richtung der Kühlluft

Zum Auswechseln der Bremsscheiben bei verschlissener Bremse werden bei abgenommenem Rad die Bolzen 11 gelöst, der Ring P und danach der Bremsgehäusering 6 entfernt. Dann können die Bremsscheiben 12, 13 sowie der Bremsgehäusemittelring 7 und die Bremsscheibe 14 abgezogen werden. Danach kann die Zuspanneinheit 16 am Brcmsschlauch abgeklappt und die letzte Bremsscheibe 15 herausgenommen werden. Der Zusammenbau erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.

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Claims

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Patentansprüche 2748824

Leichtmetall-Scheibenbremse, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei der die Reiboberflächen des umlaufenden, aus einer Leichtmetall-Legierung hergestellten Bremsenteiles in für sich bekannter Weise durch, mittels Plasma- oder Detonationsspritzen aufgebrachte Schichten von Metall und/ oder Metalloxydf-beispielsweise Aluminium und Aluminiumoxyd (ΑΙ,Ο,), gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Vollbelag-Scheibenbremsbauart ausgeführt ist, bei der in für sich bekannter Weise die den Reiboberflächen (⁶J* 7., 7₂, 8.) gegenüberliegenden Aussenflächen mit radialen Kühlrippen (6₂, 8₂) oder Kühlkanälen (7^) ausgerüstet sind.
2) Leichtmetall-Scheibenbremse, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Belagreibfläche mindestens 0,4 cm je kg Radlast beträgt.

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ORIGINAL INSPECTED