AT510752A1

AT510752A1 - Bremsscheibenvorrichtung

Info

Publication number: AT510752A1
Application number: AT18852010A
Authority: AT
Original assignee: Beyer Christian Dipl Ing
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2012-06-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibenvorrichtung (1), umfassend eine Bremsscheibe (2), welche bezüglich einer Achse (X) im Wesentlichen rotationssymmetrisch sowie bezüglich einer Mittelebene (M) im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ist und eine zentrische Ausnehmung (3) aufweist, sowie eine bezüglich einer Achse (Y) im Wesentlichen rotationssymmetrische Bremsglocke (4), welche in die zentrische Ausnehmung (3) der Bremsscheibe (2) eingreift und die Bremsscheibe (2) trägt, wobei die Achsen (X, Y) zusammenfallen. Um eine Schirmung der Bremsscheibe (2) auf effiziente Weise zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bremsscheibe (2) unddie Bremsglocke (4) durch radial ausgerichtete längliche Befestigungselemente (5) miteinander verbunden sind. Außerdem betrifft die Erfindung eine Verwendung einer derartigen Bremsscheibenvorrichtung (1).

Description

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Bremsscheibenvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibenvorrichtung, umfassend eine Bremsscheibe, welche bezüglich einer Achse im Wesentlichen rotationssymmetrisch sowie bezüglich 5 einer Mittelebene im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ist und eine zentrische Ausnehmung aufweist, sowie eine bezüglich einer Achse Im Wesentlichen rotationssymmetrische Bremsglocke, welche in die zentrische Ausnehmung der Bremsscheibe eingreift und die Bremsscheibe trägt, wobei die Achsen zusammenfallen. 10 Außerdem betrifft die Erfindung eine Verwendung einer derartigen Bremsscheibenvorrichtung.

Bei Fahrzeugen mit Scheibenbremsanlagen kann es bei einer extremen Belastung und Erhitzung der Bremsscheiben durch eine sportliche Fahrweise zu einer Schirmung der 15 Bremsscheiben kommen. Darunter wird eine Aufwölbung bzw. ein axialer Verzug der Bremsscheiben durch ungleichmäßige thermische Ausdehnung der einzelnen Bremsscheibenbereiche bzw. durch Verspannungen in der Bremsscheibe und einer mit dieser in Verbindung stehenden Bremsglocke verstanden. Eine Bremsscheibenschirmung kann zu dem Problem des sogenannten Brake-Knock-offs führen. Dabei werden durch die 20 sich aufwölbenden Bremsscheiben Bremszangenkolben auseinander gedrückt, wodurch für einen darauffolgenden Bremsvorgang ein Totweg entsteht, welcher unter Umständen durch Pumpen eines Bremspedals überwunden werden muss, bevor ein vom Fahrer gewünschter Pedaldruck und damit eine entsprechende Bremsleistung übertragen werden kann. Dieses Phänomen ist im Rennsport, aber auch bei sehr sportlichen 25 Straßenfahrzeugen relativ häufig anzutreffen.

In der US 2005/0173204 A1 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Bremsscheibe auf eine rohrartige Welle aufgeschoben ist, wobei eine Vielzahl von an Bremsscheibe und Welle befestigten 30 Nocken ineinandergeschoben wird, wodurch ein Bremsmoment übertragen werden kann. Eine Fixierung in axialer Richtung erfolgt durch axial ausgerichtete Befestigungselemente. Bei dieser Vorrichtung ist von Nachteil, dass durch die Nocken eine formschlüssige Verzahnung gebildet wird, wodurch ein gleichmäßiges Ausdehnen der Bremsscheibe bei Erhitzung verhindert und ein Aufwölben bzw. eine Schirmung der Bremsscheibe

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2 begünstigt wird: Eine gleichmäßige Ausdehnung der heißen Bremsscheibe in radialer Richtung wird von der kühleren Welle nicht mitgemacht, wodurch im Bereich der nockenförmigen Verbindungen Spannungen und zusammen mit der eine Spiegelsymmetrie der Bremsscheibe brechenden Welle Biegemomente entstehen, was 5 schließlich zur Aufwölbung der Bremsscheibe führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremsscheibenvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der eine Schirmung einer Bremsscheibe auf effiziente Weise vermieden werden kann. 10

Außerdem soll eine Verwendung einer derartigen Bremsscheibenvorrichtung angegeben werden.

Die erste Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer Bremsscheibenvorrichtung der 15 eingangs genannten Art die Bremsscheibe und die Bremsglocke durch radial ausgerichtete längliche Befestigungselemente miteinander verbunden sind.

Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass die Verbindung von Bremsscheibe und Bremsglocke durch die radial ausgerichteten 20 Befestigungselemente bzw. -stifte ein symmetrisches, insbesondere ein bezüglich der Achse rotationssymmetrisches und bezüglich der Mittelebene spiegelsymmetrisches -d. h. radial und axial gleichmäßiges Ausdehnen der erhitzten Bremsscheibe zulässt, wobei die Bremsglocke eine geringere Temperaturerhöhung und damit eine geringere Ausdehnung aufweisen kann. Es kommt zu keiner Asymmetrie durch Anschraubflansche 25 oder Ähnlichem. Somit wird eine Aufwölbung, ein axialer Verzug bzw. eine Schirmung der Bremsscheibe auf effiziente Weise verhindert und die Gefahr eines Brake-Knock-offs minimiert. Gleichzeitig ist eine Übertragung eines erforderlichen Bremsmomentes gewährleistet, ohne dass es zu einer Geräuschentwicklung bzw. zu Resonanzschwingungen kommt. Dabei spielt eine Toleranzauslegung der 30 Befestigungselemente wegen der möglichen großen Temperaturunterschiede eine entscheidende Rolle.

Die Bezeichnungen „im Wesentlichen rotationssymmetrisch“ und „im Wesentlichen spiegelsymmetrisch“ beziehen sich im Rahmen der Erfindung auf eine äußere • · *· * * * t · » » • I I·· ·* • · ft·*« « ·· · • · 3 geometrische Form von Teilen unter Vernachlässigung von Details wie Befestigungslaschen, Nuten, Bohrungen, Belüftungskanälen und Ähnlichem.

Es hat sich bewährt, dass die Befestigungselemente über einen Umfang der zentrischen 5 Ausnehmung äquidistant verteilt sind. Dies führt aus Fertigungs- und Symmetriegründen zu einem besseren Ergebnis.

Es ist von Vorteil, wenn die Bremsscheibe aus Stahl oder aus einer partikel- und/oder faserverstärkten Legierung besteht. Diese Materialien zeichnen sich durch eine hohe 10 Hitzebeständigkeit und geringen Verschleiß aus und eignen sich daher besonders für die Bremsscheibe.

Es bietet Vorteile in Bezug auf eine Leichtbauweise, wenn die Bremsglocke aus Stahl, Aluminium, Titan oder aus einer partikel- und/oder faserverstärkten Legierung besteht. 15

Um eine hohe Festigkeit der Bremsscheibenvorrichtung zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass die Befestigungselemente aus einem beschichteten Stahl oder aus beschichtetem Titan bestehen. 20 Es hat sich bewährt, dass die Befestigungselemente aus demselben Material wie die Bremsscheibe und/oder die Bremsglocke bestehen. Wegen der dadurch gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wird ein gleichbleibend fester Sitz der Befestigungselemente auch bei hohen Temperaturen erreicht Im Übrigen kann dadurch einer Schirmung noch effektiver entgegengewirkt werden. 25

Zweckmäßigerweise sind 3 bis 30, bevorzugt 5 bis 20, Befestigungselemente zur Befestigung der Bremsscheibe an der Bremsglocke vorgesehen. Dadurch wird eine hohe Festigkeit erreicht und ein hohes Bremsmoment ist übertragbar. 30 Es ist von Vorteil, wenn in der Bremsscheibe von der zentrischen Ausnehmung ausgehende Kanäle, insbesondere radial nach außen führende Bohrungen, vorgesehen sind. Durch solche Innenbelüftungskanäle wird eine Kühlung der Bremsscheibe durch Konvektion erreicht, außerdem bringen die Kanäle bei einer Erhaltung der Stabilität eine Massenreduktion der Bremsscheibenvorrichtung. Radial nach außen führende Bohrungen 4 können in einer einfachen Bauweise gleichzeitig für eine Befestigung durch die Befestigungselemente verwendet werden. Wenn allerdings eine besonders hohe Kühlleistung erforderlich ist, sind die Befestigungselemente zweckmäßigerweise zwischen Enden bzw. Auslässen der Bohrungen angeordnet, und zwar mit einem gleichen Abstand 5 zu zwei benachbarten Auslässen.

Um einen sicheren Halt der Befestigungselemente zu erreichen, können die Befestigungselemente durch eine Presspasssung, eine Klemmstiftsicherung und/oder durch Einschrauben in der Bremsscheibe und/oder in der Bremsglocke befestigt sein. 10

Die zweite Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine erfindungsgemäße Bremsscheibenvorrichtung in einer Scheibenbremsanlage von Kraftfahrzeugen verwendet wird. 15 Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass auf effiziente Weise eine Schirmung der Bremsscheiben des Kraftfahrzeuges vermieden wird. Somit kann auch die Gefahr eines Brake-Knock-offs verringert werden. Dabei ist eine notwendige Bremsmomentübertragung gewährleistet und eine Geräuschentwicklung sowie Resonanzschwingungen werden vermieden. 20

Es hat sich bewährt, dass bei zweispurigen Kraftfahrzeugen die Bremsscheiben als Gleichteil für eine linke und eine rechte Fahrzeugseite verwendet werden. Das heißt, die Bremsscheiben können als kostengünstiges Gleichteil hergestellt werden und wegen ihrer symmetrischen Ausführung sowohl für die linke als auch für die rechte Fahrzeugseite 25 eingesetzt werden.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich anhand des nachfolgend dargestellten Ausfuhrungsbeispiels. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Bremsscheibe;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Bremsscheibe gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Bremsglocke; 30 5

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht von zur Verbindung von Bremsglocke und Bremsscheibe angeordneten Befestigungselementen;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bremsscheibenvorrichtung. 5 In Fig. 1 ist eine Bremsscheibe 2 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Die

Bremsscheibe 2 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich einer Achse X, d. h., eine äußere Form ist bei Vernachlässigung von Bohrungen und Ähnlichem rotationssymmetrisch. Die Bremsscheibe 2 weist eine zentrische Ausnehmung 3 auf, welche ebenfalls rotationssymmetrisch bezüglich der Achse X ist. Von der zentrischen 10 Ausnehmung 3 fuhren in der Bremsscheibe 2 innenliegende Kanäle 6 radial nach außen. Diese Kanäle 6 stellen Innenbelüftungskanäle dar; durch die Kanäle 6 strömende Luft bewirkt im Betrieb eine effiziente Kühlung der Bremsscheibe 2. Die Kanäle 6 können auch von der dargestellten geradlinigen, radialen Form abweichend ausgebildet sein und beispielsweise gekrümmt oder spiralförmig verlaufen, um eine verbesserte Luftkühlung zu 15 erreichen. Alternativ und/oder ergänzend können auch nicht dargestellte axial verlaufende Hohlräume vorgesehen sein, die gegebenenfalls mit den Kanälen 6 in Verbindung stehen, sodass durch Vergrößerung einer Oberfläche eine maximale Kühfwirkung erreicht wird. Letzteres erweist sich insbesondere bei einer Bremsscheibe 2 aus Stahlguss als vorteilhaft, wenngleich entsprechende Kanäle 6 und Hohlräume auch bei einer 20 Bremsscheibe 2 aus einem anderen Material vorgesehen sein können.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Bremsscheibe 2 gemäß Fig. 1 entlang der Achse X. Die Bremsscheibe 2 weist eine Spiegelsymmetrie bezüglich einer Mittelebene M mit einer ausgewogenen Masseverteilung auf, was in Bezug auf die Vermeidung einer Schirmung 25 von Vorteil ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Bremsscheibe 2 links und rechts der Mittelebene M gleiche (Teil-)Massen auf. In Fig. 2 steht diese Mittelebene M senkrecht zur Bildebene.

In Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Bremsglocke 4 dargestellt. Die 30 Bremsglocke 4 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich einer Achse Y, d. h„ eine äußere geometrische Form ist unter Vernachlässigung von Details wie Bohrungen oder Ausnehmungen rotationssymmetrisch. Eine Anzahl von radialen Öffnungen in der Bremsglocke 4 ist variabel und richtet sich nach einem konkreten Modell, in dem eine erfindungsgemäße Bremsscheibenvorrichtung 1 verbaut ist. Die Anzahl der radialen 6 Öffnungen kann je nach Modell zwischen 3 und 6 bei Pkws variieren und bei Lkws bis zu 30 betragen.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung von Befestigungselementen 5 entlang eines Kreises mit 5 radialer Ausrichtung.

In Fig. 5 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bremsscheibenvorrichtung 1 gezeigt. Eine Bremsglocke 4 ist in die zentrische Ausnehmung 3 einer Bremsscheibe 2 eingeführt, wodurch die Achsen X, Y von Bremsscheibe 2 bzw. Bremsglocke 4 10 zusammenfallen. Bremsscheibe 2 und Bremsglocke 4 sind durch längliche Befestigungselemente 5, sogenannte Pins, miteinander verbunden. Die Befestigungselemente 5 sind radial ausgerichtet und eine Achse der Befestigungselemente 5 schneidet die Achsen X, Y in einem rechten Winkel; eine Anordnung und Ausrichtung entspricht der Darstellung in Fig. 4. Dabei sind die 15 Befestigungselemente 5 in einen Teil der radial nach außen führenden Kanäle 6 in der Bremsscheibe 2 eingeführt, sodass die Kanäle 6 nicht nur für eine Kühlung, sondern teilweise auch als Sitz für die Befestigungselemente 5 dienen. Um eine Kühlung nicht zu unterbinden, sind die Befestigungselemente 5 bzw. die Pins hohl, z. B. als hohle Schrauben, ausgeführt. Alternativ ist es auch möglich, dass die Befestigungselemente 5 20 zwischen den Kanälen 6 angeordnet sind. Durch die radiale Befestigung der Bremsscheibe 2 an der Bremsglocke 4 ist ein ungehindertes Ausdehnen der Bremsscheibe 2 bei Erhitzung in alle Richtungen gewährleistet. Eine Schirmung der Bremsscheibe 2 wird so effizient vermieden. Von besonderem Vorteil ist es diesbezüglich, wenn die Bremsscheibe 2, die Bremsglocke 4 und die Befestigungselemente 5 aus 25 demselben Material bestehen und somit denselben Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.

Claims

·· ·· ·· ·· • * ··· • · ·· · · • i » * * · · · « · ♦ ♦ ·· Μ* »··· 7 Patentansprüche 1. Bremsscheiben Vorrichtung (1), umfassend eine Bremsscheibe (2), welche bezüglich einer Achse (X) im Wesentlichen rotationssymmetrisch sowie bezüglich einer Mittelebene s (M) im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ist und eine zentrische Ausnehmung (3) aufweist, sowie eine bezüglich einer Achse (Y) im Wesentlichen rotationssymmetrische Bremsglocke (4), welche in die zentrische Ausnehmung (3) der Bremsscheibe (2) eingreift und die Bremsscheibe (2) trägt, wobei die Achsen (X, Y) zusammenfallen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (2) und die Bremsglocke (4) durch radial io ausgerichtete längliche Befestigungselemente (5) miteinander verbunden sind.
2. Bremsscheibenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (5) über einen Umfang der zentrischen Ausnehmung (3) äquidistant verteilt sind. 15
3. Bremsscheibenvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (2) aus Stahl oder aus einer partikel- und/oder faserverstärkten Legierung besteht.
4. Bremsscheiben Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsglocke (4) aus Stahl, Aluminium, Titan oder aus einer partikel· und/oder faserverstärkten Legierung besteht.
5. Bremsscheiben Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch 25 gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (5) aus einem beschichteten Stahl oder aus beschichtetem Titan bestehen.
6. Bremsscheibenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (5) aus demselben Material wie die 30 Bremsscheibe (2) und/oder die Bremsglocke (4) bestehen.
7. Bremsscheibenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass 3 bis 30, bevorzugt 5 bis 20, Befestigungselemente (5) zur Befestigung der Bremsscheibe (2) an der Bremsglocke (4) vorgesehen sind. • * I I ·* • •I* · · * * · • · *· ·· 9 99 9 9 99 9 9 9 • 99 9 9 9 9 9 9 9 9 9 I« #♦· «··· · 8
8. Bremsscheibenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bremsscheibe (2) von der zentrischen Ausnehmung (3) ausgehende Kanäle (6), insbesondere radial nach außen führende Bohrungen, vorgesehen sind. 5
9. Bremsscheibenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (5) durch eine Presspassung, eine Klemmstiftsicherung und/oder durch Einschrauben in der Bremsscheibe (2) und/oder in der Bremsglocke (4) befestigt sind. 10
10. Verwendung einer Bremsscheibenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einer Scheibenbremsanlage von Kraftfahrzeugen.