CN103348158A - 内部通风制动盘转子 - Google Patents

Abstract

内部通风制动盘转子（1）具有圆柱状板的形式，圆柱状板具有环形几何形状，并且内部通风制动盘转子具有用于其外周和其内周的圆对称轴线，所述内部通风制动盘转子具有关于所述轴线对称的中央孔，所述内部通风制动盘转子包括至少两个平行的环形盘（2），所述至少两个平行的环形盘通过一系列重复的肋相互连接，所述制动盘转子的设计就所述制动盘（1）的不同旋转方向而言是对称的，即，关于至少一个由制动盘的旋转轴线和圆柱状制动盘的一个半径形成的平面是对称的。

Description

内部通风制动盘转子

技术领域

本发明涉及内部通风制动盘转子，所述内部通风制动盘转子具有环形几何形状的圆柱状板的形式，并且具有用于其外周和其内周的圆对称轴线，所述内部通风制动盘转子具有关于所述轴线对称的中央孔，所述内部通风制动盘转子包括相互平行排列的至少两个盘，所述至少两个盘通过一系列重复的肋相互连接。

背景技术

例如根据DE2257176A1和根据美国专利7,100,748B2已知内部通风制动盘。美国专利7,100,748B2具有两个环状盘或摩擦环，所述两个环状盘或摩擦环通过腹板或肋彼此连接，管形成在腹板或肋之间，所述管引导冷却空气。肋在其端部区域之间以弯曲方式延伸，处于外周处的所述端部区域与制动盘径向对齐，且以相对于接触所述肋或腹板的最内部的点的切线的从20°到70°的角度设定邻近内周的端部区域。由此限定的管的开口指向与制动盘的旋转方向相反的方向。

虽然与DE2257176A1相比，根据美国专利7,100,748B2的冷却通道和肋的设计致使改进的排热，但其仍然需要寻找进一步的改进，特别是就制动盘表面的温度均匀性方面而言的进一步的改进。根据US7,100,748B2以及共同未决的EP申请第EP10160307.4号的设计的另一个缺点是，该设计就旋转方向而言是不对称的。因此对于汽车或其他车辆的右车轮和左车轮需要不同的制动盘。根据WO2001/027490A1以及根据CA2352714A1已知就旋转方向而言的对称的设计。前者具有处于制动盘的外周处或在外周附近的用于冷却空气的入口和出口和管，从而增加了制动盘的在轮毂附近的中央部分的机械强度。这导致在盘表面区域中在径向方向上的温度不均匀性，因此，导致热膨胀的不均匀性，这引起翘曲。

在专利申请CA2352714A1中，如在该申请中所称的鳍或支柱的分布在制动转子表面上是不均匀的。这导致不均匀的热传递，随后，导致温度的不均匀性，这由于热膨胀的差异导致制动盘转子的翘曲。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种内部通风制动盘转子，所述内部通风制动盘转子能够用于汽车或其他车辆的左手侧和右手侧，所述内部通风制动盘转子具有高效的热传递，且还具有在制动盘转子表面上的均匀温度分布。

此目的已经通过权利要求1所述的主题实现。在从属权利要求2到10中描述优选的实施例。内部通风制动盘转子设有具有环形几何形状的圆柱状板的形式，并且具有用于其外周和其内周的圆对称轴线，所述内部通风制动盘转子具有关于所述轴线对称的中央孔，所述对称是循环对称组C_i的对称，其中i是选自自然数且至少是2的循环对称组C_i的次序，所述内部通风制动盘转子包括至少两个平行的环形盘，所述至少两个平行的环形盘通过一系列重复的肋相互连接，包括肋的制动盘转子的设计就所述制动盘的不同旋转方向而言是对称的，即，关于由制动盘的旋转轴线和圆柱状制动盘的一个半径形成的至少一个平面是对称的。所述至少两个平行的环形盘和肋一起形成制动盘转子。制动盘转子具有冷却管，所述冷却管由至少两个肋包围。肋是连接至少两个平行的环形盘的块状材料件，肋可以优选具有与环形盘的材料相同的材料或类似的材料，且可以优选具有圆形、椭圆形、三角形或长方形形状。根据本发明，肋中的至少50％必须具有椭圆形形状，以实现良好的性能。当在本发明的上下文中使用时，“椭圆形”指就其数学意义上具有椭圆形，由两个半轴R1和R2限定，其中R1与R2不同，且两个半轴中的较小的一个的长度不超过两个半轴中的较大的一个的长度的90％、优选不超过80％、特别优选不超过75％。带圆角的菱形形状当然不是椭圆形。用于本发明的目的，如果两种材料具有至少20％、优选至少30％、特别优选至少40％的质量分数的相同的化学元素，则所述两种材料被认为是类似的。

优选地，所述制动盘转子包括：邻近环形制动盘的内圆定位的、具有圆角三角形形状的至少两个肋F_j0；和至少四个另外的椭圆形鳍状肋F_jma和F_jmb，其中j是自然数组{1；……；i}中的元素，而i是选自自然数且至少是2的循环对称组C_i的次序，且m是至少是1的自然数。对于任何鳍状肋F_jmb或F_jma而言，鳍状肋F_jmb或F_jma称为外端的一端与同一个肋的称为内端的另一端相比更接近形成制动盘转子的环形圆柱状板的外周，所述另一端相应地更接近所述制动盘转子的内周，较高的m值意味着至少一端，即外端或内端，与具有较低的m值的鳍状物的相应的外端或内端相比更接近外周。另外，j值和m值相同的任何肋对F_jma和F_jmb关于由如下平面是对称，该平面由与旋转轴线相同的对称轴线和穿过具有相同的j值的肋F_j0的中心的半径形成。在一组具有相同的j值和不同的m值的肋F_jma和F_jmb中，具有较高的m值的肋被定位成更朝向制动盘转子的外周。具有相同的j值和m值的肋F_jma和F_jmb关于如下平面彼此镜像，该平面由与圆对称轴线相同的旋转轴线和连接这两个肋的所有等距点的半径形成。制动盘转子具有遵从对称组C_i的循环对称。

优选地，满足以下附加条件中的至少一个：

（a）i是偶数、且至少是4、更优选至少是6、且特别优选至少是8，

（b）m至少是2、更优选至少是3、进一步优选的是m不超过6，

（c）朝向制动盘的外周的冷却管的端部的至少50％与通过所述冷却管的中心的半径围成的角度小于10°，

（d）存在具有圆角三角形形状的至少一个肋F_j0，其中圆角中的一个圆角指向制动盘的外周，且与圆角三角形的该角相对的边是凹进的，

（e）存在具有圆角三角形形状的至少一个肋F_j0，圆角三角形形状的在三角形的三条边中的至少两条边是凹进的，

（f）对于任何两个椭圆形肋E₁'和E₂'，椭圆形肋E₂'的长轴对短轴的比等于或者小于椭圆形肋E₁'的长轴对短轴的比，其中旋转轴线E₂'的中心与旋转轴线具有较大距离R₂'，而旋转轴线E₁'的中心与旋转轴线具有较小距离R₁'，

（g）对于任何两个椭圆形肋E₁和E₂，如果从旋转轴线到肋E₁的中心的半径R₁小于从旋转轴线到肋E₂的中心的半径R₂，则在椭圆形肋E₁的长轴与半径R₁之间包围的较小的角度α₁大于在椭圆形肋E₂的长轴与半径R₂之间包围的较小的角度α₂，

（h）在每组具有相同j值的肋中存在一个肋F_jL，所述肋F_jL被分成关于如下平面镜像对称的两半，该平面由制动盘的旋转对称轴线和所述制动盘的通过所述肋F_jL的中心的半径形成。

这里所使用的符号在对于具体的j值和m值的附图和其图例中进行解释。

优选的是，在同一制动盘中满足这些条件中的两个或更多个条件。

当在一个复杂的几个形状中组合两个或更多个优选实施例时，得到了对于热传递的特别好的结果，两个或更多个意味着（a）至（g）中的两个条件的任何组合，即，（a）+（b）、（a）+（c）、（a）+（d）、（a）+（e）、（a）+（f）、（a）+（g）和（a）+（h）;（b）+（c）、（b）+（d）、（b）+（e）、（b）+（f）、（b）+（g）和（b）+（h）、（c）+（d）、（c）+（e）、（c）+（f）、（c）+（g）和（c）+（h）、（d）+（e）、（d）+（f）、（d）+（g）和（d）+（h）、（e）+（f）、（e）+（g）和（e）+（h）、（f）+（g）和（f）+（h）和（g）+（h），（a）至（g）中的三个条件的任何组合，即，（a）+（b）+（c）、（a）+（b）+（d）、（a）+（b）+（e）、（a）+（b）+（f）、（a）+（b）+（g）和（a）+（b）+（h）等，（a）至（g）中的四个条件的任何组合，即，（a）+（b）+（c）+（d）、（a）+（b）+（c）+（e）、（a）+（b）+（c）+（f）、（a）+（b）+（c）+（g）和（a）+（b）+（c）+（h）等，（a）至（g）中的五个条件的任何组合，即，（a）+（b）+（c）+（d）+（e）、（a）+（b）+（c）+（d）+（f）、（a）+（c）+（d）+（e）+（f）、（a）+（b）+（d）+（e）+（f）、（a）+（b）+（c）+（e）+（f）、（a）+（b）+（c）+（d）+（f）和（b）+（c）+（d）+（e）+（f）等，以及（a）至（g）中的六个条件的任何组合，即，（a）+（b）+（c）+（d）+（e）+（f）、（a）+（b）+（c）+（d）+（e）+（g）、（a）+（b）+（c）+（d）+（f）+（g）、（a）+（b）+（c）+（e）+（f）+（g）等，直到所有八个附加条件的组合（a）+（b）+（c）+（d）+（e）+（f）+（g）+（h）。

附图说明

在示出肋和包括在其中的冷却管的设计的图1、图2和图3中进一步解释本发明，通过图4示出该设计的有益效果。

图1示出制动盘转子的视图，制动盘转子具有十组肋，其中具有相同的一级标号j（这里j的范围为从1到10）和二级标号m（这里m的范围为从1到5）的所有肋中的每个均与具有相同的一级标号和二级标号的另一个肋镜像对称，且通过采用值为“a”（在该图1中通过名称示出m的范围为从1到5的所有肋F_1ma）和“b”的第三标号来进行区分。此外，还存在处于半径R上的两个肋F₁₀和F_1L。

图2是同一制动盘转子1的等距视图，其中由肋连接的环形盘2中的一个环形盘的四分之一已被移除，使得能够清楚地看到肋的几何形状。示出通过螺母和螺栓连接到制动盘转子1的轮毂或钟形罩3。

图3示出图1的截面，其中满足了以下优选条件：

（a）i是10，因此是偶数，且至少是4，更优选至少是6，且特别优选至少是8，

（b）m是5，因此至少是2，还至少是3，且进一步是m不超过6，

（c）所有冷却管满足，朝向制动盘的外周的冷却管的端部的至少50％与通过所述冷却管的中心的半径围成的角度小于10°，

（d）在每组具有相同j值的肋中，存在具有圆角三角形形状的一个肋F_j0，其中圆角顶点中的一个顶点指向制动盘的外周，且与圆角三角形的该角相对的边是凹进的，

（e）在每组具有相同j值的肋中，存在具有圆角三角形形状的一个肋F_j0，其中圆角三角形形状的在三角形的三条边中的至少两条边是凹进的，

（f）对于任何两个椭圆形肋E₁'和E₂'，椭圆形肋E₂'的长轴对短轴的比等于或者小于椭圆形肋E₁'的长轴对短轴的比，其中椭圆形肋E₂'的中心与旋转轴线具有较大距离R₂'，而椭圆形肋E₁'的中心与旋转轴线具有较小距离R₁'，

（g）对于任何两个椭圆形肋E₁和E₂，如果从旋转轴线到肋E₁的中心的半径R₁小于从旋转轴线到肋E₂的中心的半径R₂，则在椭圆形肋E₁的长轴与半径R₁之间包围的较小的角度α₁大于在椭圆形肋E₂的长轴与半径R₂之间包围的较小的角度α₂，

（h）在每组具有相同j值的肋中存在一个肋F_jL，所述肋F_jL被分成关于如下平面镜像对称的两半，该平面由制动盘的旋转对称轴线和所述制动盘的通过所述肋F_jL的中心的半径形成。

出于可视性更好的原因，在图3中未示出R₁'和R₂'。R₁'和R₂'是从椭圆形肋E₁'和E₂'的中心到对称中心M的距离，对称中心M和旋转轴线与图平面的交点相同，且对称中心M是如图3所示的R₁和R₂的交点。

图4示出在一个方向上的旋转被优化的具有相同的尺寸（圆柱状环的内环和外环的直径）的制动盘转子（“比较例”）与根据本发明的制动盘转子（“本发明”）的冷却时间（图4a）和热传递（图4b）的比较，如在示例部分中所详细解释的那样。

通过使用由陶瓷复合材料即利用碳纤维增强的碳化硅制成的制动盘转子，在以下的实验中示出传热效率的提高。利用由灰口铸铁制成的常规制动盘转子能够实现相同的传热效率的提高。

具体实施方式

示例1

已经进行了实验以在由图1表示的根据本发明的设计与在共同未决的专利申请EP10160307.4中所描述的设计之间进行区分，以与旋转方向无关地示出与现有技术的状态相比，根据本发明的制动盘环的性能的提高。在两种情况下，通风制动盘的材料是相同的碳纤维增强碳化硅陶瓷材料，具有20mm的冷却通道高度、40mm的总厚度、400mm的外径以及200mm的内径。就制动盘转子的表面上的热传递的良好均匀性对两个设计进行优化，这致使在制动盘的摩擦表面区域上的均匀的温度分布，从而，还减少在制动盘内由热引起的张力。

具有根据EP10160307.4的图1的冷却通道和肋设计的制动盘（“比较例”）与根据本发明图1的制动盘（“本发明”）以连续运行方式被固定在同一汽车中，通过制动达到在表面上测量的500℃的初始温度，此后制动被释放，然后在以恒定速度80千米/小时、120千米/小时、160千米/小时和200千米/小时进行的四组不同的测量中驱动车辆，记录直到在制动盘表面上的温度已下降到150℃所需要的时间，总是在相对于制动钳的相同的位置测量所述温度。

记录了以下冷却时间：

能够看出，在实验误差之内，根据本发明的制动盘的冷却性能与比较例的制动盘（EP10160307.4）的冷却性能大致相同，但是具有根据本发明的冷却通道和肋设计的制动盘的结果总是更好一点。

示例2

在另一实验中，对不同的旋转方向上的从被加热的制动盘到冷却空气的热传递进行评估。使用与示例1中相同的处于相同的500℃的初始温度的制动盘，根据在经过冷却管之前和之后的冷却空气的温度以及冷却空气的质量通量对热传递进行评估。

得出以下数据（旋转方向：ccw=逆时针，cw=顺时针）：

如所能够看出的，制动盘转子“comp.”（“比较例”）在错误方向上的操作与在正确的旋转方向上旋转该盘所能够实现的传热递相比，显著降低22％的传热效率。与在预定的方向上旋转盘转子“comp.”相比，根据本发明“Inv.”（“本发明”）的制动盘具有略微增加（+4％）的传热效率。由于在实验误差内对于逆时针旋转和顺时针旋转的结果是相同的，所以根据本发明的制动盘转子的传热效率与旋转方向是无关的。

Claims (10)

1.一种内部通风制动盘转子，所述内部通风制动盘转子具有圆柱状板的形式，所述圆柱状板具有环形几何形状，并且所述内部通风制动盘转子具有用于其外周和其内周的圆对称轴线，所述内部通风制动盘转子具有中央孔，所述中央孔关于所述轴线对称，所述对称是循环对称组C_i的对称，其中i是选自自然数且至少是2的循环对称组C_i的次序，所述内部通风制动盘转子包括至少两个平行的环形盘，所述至少两个平行的环形盘通过一系列重复的肋相互连接，所述制动盘转子的设计就所述制动盘的不同旋转方向而言是对称的，即，关于至少一个由所述制动盘的旋转轴线和圆柱状制动盘的一个半径形成的平面是对称的，并且，所述肋中的至少50％必须具有椭圆形形状。

2.根据权利要求1所述的内部通风制动盘转子，其特征在于，所述制动盘转子包括：至少两个肋F_j0，所述至少两个肋F_j0邻近环形制动盘的内圆定位并具有圆角三角形形状；以及至少四个另外的鳍状肋F_jma和F_jmb，其中j是自然数组{1；……；i}中的元素，并且其中i是选自自然数且至少是2的循环对称组C_i的次序，并且m是至少是1的自然数。

3.根据权利要求2所述的内部通风制动盘转子，其特征在于，满足以下附加条件中的至少一个：

（a）i是偶数，且至少是4，更优选地至少是6，且特别优选地至少是8，

（b）m至少是2，更优选地至少是3，且进一步优选的是m不超过6，

（c）朝向所述制动盘的外周的冷却管的端部的至少50％与通过所述冷却管的中心的半径围成的角度小于10°，

（d）存在具有圆角三角形形状的至少一个肋F_j0，其中圆角中的一个圆角指向所述制动盘的外周，并且与所述圆角三角形的该角相对的边是凹进去的，

（e）存在具有圆角三角形形状的至少一个肋F_j0，所述圆角三角形形状在该三角形的三条边中的至少两条边中是凹进去的，

（f）对于任何两个椭圆形肋E₁'和E₂'，所述椭圆形肋E₂'的长轴对短轴的比等于或小于所述椭圆形肋E₁'的长轴对短轴的比，其中所述椭圆形肋E₂'的中心距旋转轴线有一段较大距离R₂'，而所述椭圆形肋E₁'的中心距所述旋转轴线有一段较小距离R₁'，

（g）对于任何两个椭圆形肋E₁和E₂，如果从旋转轴线到所述肋E₁的中心的半径R₁小于从所述旋转轴线到所述肋E₂的中心的半径R₂，则在所述椭圆形肋E₁的长轴与所述半径R₁之间围成的较小的角度α₁大于在所述椭圆形肋E₂的长轴与所述半径R₂之间围成的较小的角度α₂，

（h）在每组具有相同j值的肋中存在一个肋F_jL，所述肋F_jL被分成关于如下平面镜像对称的两半，该平面由所述制动盘的旋转对称轴线和所述制动盘的通过所述肋F_jL的中心的半径形成。

4.根据权利要求2所述的内部通风制动盘转子，其特征在于，i至少是6，并且m至少是4。

5.根据权利要求2或权利要求3或权利要求4所述的内部通风制动盘转子，其特征在于，朝向所述制动盘的外周的冷却管的端部的至少50％与通过所述冷却管的中心的半径围成的角度小于10°。

6.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求4或权利要求5所述的内部通风制动盘转子，其特征在于，存在具有圆角三角形形状的至少一个肋F_j0，其中圆角中的一个圆角指向所述制动盘的外周，并且与所述圆角三角形的该角相对的边是凹进去的。

7.根据权利要求1或权利要求2或权利要求4至6中的任一项所述的内部通风制动盘转子，其特征在于，对于任何两个椭圆形肋，椭圆形肋的中心距旋转轴线有一段较大距离的椭圆形肋的长轴对短轴的比等于或小于椭圆形肋的中心距旋转轴线有一段较小距离的椭圆形肋的长轴对短轴的比。

8.根据权利要求1或权利要求2或权利要求4至7中的任一项所述的内部通风制动盘转子，其特征在于，存在具有圆角三角形形状的至少一个肋F_j0，所述圆角三角形形状在该三角形的三条边中的至少两条边中是凹进去的，j是自然数组{1；……；i}中的元素，并且i是与所述制动盘转子的对称相同的循环对称组C_i的次序，i选自自然数且至少是2。

9.根据权利要求2或权利要求4至8中的任一项所述的内部通风制动盘转子，其特征在于，在每组具有相同j值的肋中存在一个肋F_jL，所述肋F_jL被分成关于如下平面镜像对称的两半，该平面由所述制动盘的旋转对称轴线和所述制动盘的通过所述肋F_jL的中心的半径形成。

10.根据权利要求1或权利要求2或权利要求4至8中的任一项所述的内部通风制动盘转子，其特征在于，对于任何两个椭圆形肋E₁和E₂，如果从旋转轴线到所述肋E₁的中心的半径R₁小于从所述旋转轴线到所述肋E₂的中心的半径R₂，则在所述椭圆形肋E₁的长轴与所述半径R₁之间围成的较小的角度α₁大于在所述椭圆形肋E₂的长轴与所述半径R₂之间围成的较小的角度α₂。

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