-
Die
Erfindung betrifft eine Bremsscheibe mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Patentanspruches 1.
-
Üblicherweise
werden derartige Bremsscheiben für
Scheibenbremsen als ebene Ringkörper
mit Reibscheiben mit zueinander parallelen Reibflächen ausgebildet
(
DE 32 31 175 A1 ).
Im Betrieb derartiger Reibscheiben hat sich gezeigt, dass bei Bremsbetätigung kein
gleichmäßiger Energieeintrag
in radialer Richtung stattfindet, was aufgrund der thermischen Ausdehnung
zu unterschiedlichen Absolutwerten der Ausdehnung und infolgedessen
zu Verformungen der Bremsscheibe in Form von Wellen oder in Form des
bekannten Schirmeffektes führt.
-
Durch
derartige Effekte wird die Funktion einer Bremse beeinträchtigt,
da nur noch bestimmte Teile eines Bremsbelages und der Bremsscheibe
miteinander in Kontakt kommen. Bei unregelmäßigen wellenförmigen Verformungen
der Bremsscheibe entsteht das sogenannte Bremsenrubbeln, das durch zeitlich
veränderliche
Bremskrafterzeugung entsteht.
-
Zudem
kann durch die Kopplung verschiedener Schwingungseffekte, beispielsweise
der Bremsscheibe und des Bremssattels ein ausgeprägtes Quietschgeräusch (Bremsenquietschen)
entstehen.
-
Es
gibt Kopplungen der beiden mechanischen Subsysteme Bremssattel und
-scheibe, die sich in benachbarten Resonanzfrequenzen bei bestimmten
Bremskraftniveaus äußern und
die ein ausgeprägtes
Bremsenquietschen zur Folge haben, das für das menschliche Ohr äußerst unangenehm
ist. Durch bestimmte mechanische Ausgestaltungen des Bremssystems
können
sowohl die Eigenfrequenzen der Bremsscheibe als auch des Bremssattels
gezielt verändert
werden, um Kopplungen zu vermeiden oder in weniger unangenehme Frequenzbereiche
zu verschieben.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremsscheibe vorzuschlagen,
die nachteilige Effekte wie Bremsenquietschen oder Bremsenrubbeln
vermeidet bzw. möglichst
reduziert.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Patentanspruches
1 gelöst.
-
Erfindungsgemäß ist an
einem radial inneren Rand der Reibscheibe mindestens ein Kompensationsring
angeordnet und mit der Reibscheibe fest, insbesondere einstückig, verbunden.
-
Grundsätzlich wird
eine Reibscheibe durch einen zusätzlichen
Kompensationsring, der mit dieser verbunden ist, sei es z.B. durch
Verschweißen, Verschrauben
oder durch einstückige
Herstellung mit der Reibscheibe, versteift, so dass die Eigenfrequenzen
insbesondere axialer Biegemoden zu höheren Frequenzbereichen verschoben
werden. Durch die besondere Anordnung des Kompensationsrings gemäß der Erfindung
wird zusätzlich
erreicht, dass radiale Kräfte,
die durch thermische Ausdehnungen auf die Reibscheibe wirken, im
Bereich des Kompensationsrings abgefangen werden können, so
dass die Schirmung der Reibscheibe, welche ohne Kompensationsring
auftritt als eine Art Umklappen der Reibscheibe zu der Seite hin,
an der in dem ersten Axialabschnitt die Nabe angebunden ist, vermieden
werden kann.
-
Der
Kompensationsring wirkt, ebenso wie die Verbindung der Reibscheibe
mit der Nabe der Bremsscheibe, entsprechenden Dehnungsbewegungen
entgegen.
-
Durch
die Vermeidung der Schirmung wird sichergestellt, dass die Reibbeläge einer
Scheibenbremse mit der Reibscheibe möglichst großflächig auch bei Temperaturänderungen
weiterhin zusammenwirken können.
Auch die Ausbildung von Axialschwingungen, die sich in einem Wellenwurf
auf der Oberfläche
der Reibscheibe ausbilden können,
wird entgegengewirkt.
-
Besonders
effektiv ist dabei die Wirkung, wenn der erste Axialabschnitt und
der zweite Axialabschnitt auf verschiedenen Seiten der Mittelebene
der Ringscheibe, in Axialrichtung gesehen, angeordnet sind.
-
Durch
die Verteilung der Anbindung der Reibscheibe an die Nabe einerseits
und des Kompensationsrings andererseits am inneren Rand der Reibscheibe
wird beim Aufheizen der Scheibe die Schirmung besonders wirkungsvoll
verhindert. Besonders vorteilhaft ist eine symmetrische Verteilung des
ersten und des zweiten Axialabschnitts beziehungsweise der Anbindung
der Nabe und der Befestigung des Kompensationsrings in Bezug auf
die Mittelebene der Reibscheibe.
-
Es
kann auch alternativ vorteilhaft vorgesehen sein, dass ein erster
und ein zweiter Kompensationsring in Axialrichtung gesehen zu beiden
Seiten des ersten Axialabschnitts angeordnet sind. In diesem Fall
ist die Nabe im mittleren Bereich der radial inneren Mantelfläche der
Reibscheibe angebunden, während
die beiden Kompensationsringe beiderseits der Anbindung der Nabe
verteilt sind.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
sich bei einer zwei Teilreibscheiben aufweisenden Reibscheibe die
erste Teilreibscheibe von ihrem Innenrand auf der der zweiten Teilreibscheibe
zugewandten Seite in Radialrichtung hinterschneidungsfrei zum Außenrand
der Reibscheibe erstreckt.
-
Durch
eine derartige Gestaltung der ersten Teilreibscheibe und der Nabe
beziehungsweise des entsprechenden Überganges zwischen einem Flansch
der Nabe und der ersten Teilreibscheibe wird diese einerseits gegenüber Schirmeffekten
bei größe ren Temperaturunterschieden
zwischen dem radial inneren und dem äußeren Teil der Reibscheibe
stabilisiert und andererseits versteift, um Eigenfrequenzen der
Bremsscheibe zu erhöhen
und damit die Kopplung von Eigenschwingungen der Bremsscheibe und
des Bremssattels zu schwächen
beziehungsweise eher zu höheren
Frequenzen zu verschieben und den Kopplungsgrad zu verringern.
-
Die
Gestaltung des entsprechenden Übergangs
zwischen der Nabe und der Reibscheibe einerseits im Zusammenspiel
mit der Auswahl des Materials und der Stärke des Kompensationsrings
und seiner Positionierung an der radial inneren Mantelfläche der
Reibscheibe erlaubt eine individuelle Anpassung der Konstruktion
der Bremsscheibe an die Umgebungsbedingungen zur effizienten Verringerung des
Bremsenquietschens bei gleichzeitiger Verringerung des Bremsenrubbelns.
-
Im
folgenden wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
-
Dabei zeigen
-
1 eine
perspektivische schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe;
-
2 eine
geschnittene Darstellung der Bremsscheibe entsprechend der Schnittlinie
II-II in 1;
-
3 die
erfindungsgemäße Bremsscheibe in
zwei weiteren Ausführungsformen;
-
4 eine
weitere Ausführungsform
der Bremsscheibe gemäß der Erfindung.
-
Die 1 zeigt
beispielhaft die Ausgestaltung einer Bremsscheibe mit einer als
Topf 1 ausgebildeten Nabe und einer Reibscheibe 2,
die aus einer ersten Teilreibscheibe 3 und ei ner zweiten
Teilreibscheibe 4 mit dazwischen liegenden Kühlkanälen 5 besteht,
in perspektivischer Ansicht.
-
Die
Kühlkanäle 5 verlaufen
vom radial Inneren der Teilbremsscheiben 3, 4 in
spiraliger Form schräg
radial zur äußeren Mantelfläche 6 der
Bremsscheibe beziehungsweise der Reibscheibe 2. Bei einer sogenannten
einteiligen Bremsscheibe kann der Topf 1 mit der Reibscheibe 2 einstückig als
einteiliger Gusskörper
verbunden sein. Es kann jedoch auch eine Schweiß- oder Schraubverbindung oder
eine andere Fügeverbindung
im Bereich des Topf/Reibscheibenübergangs
vorgesehen sein.
-
Der
Topf 1 weist Bohrungen 7, 8 zur Befestigung
an einer Welle auf, die mittels der Scheibenbremse abgebremst werden
soll.
-
Der
entsprechende Bremssattel, der beiderseitig der Reibscheibe 2 ansetzt,
ist in der Figur nicht dargestellt.
-
In 2 ist
insbesondere dargestellt, dass im Bereich des Topf/Reibscheibenübergangs 9 eine sickenartige
Verbindung in Form eines Flansches vorgesehen ist, die zur Gestaltung
der Kopplung von Schwingungsmoden des Topfes 1 und der
Reibscheibe 2 unterschiedlich gestaltet werden kann.
-
Gemäß dem Stand
der Technik ist es bekannt, diesen Übergang 9 derart zu
gestalten, dass die Kühlkanäle in diesem
Bereich der ersten Teilreibscheibe 3 eine Hinterschneidung 10 radial
von innen nach außen
gesehen, aufweisen.
-
Bremsscheiben
gemäß dem Stand
der Technik zeigen allgemein das Problem, dass sich bei erhöhter thermischer
Belastung durch die radial ungleichmäßige Temperaturverteilung einerseits
eine Schirmung, das heißt
ein Klappen der radial äußeren Teile
der Reibscheibe nach oben zur Seite des Topfes, einstellt und dass
andererseits in Umlaufrichtung der Reib scheibe eine bestimmte Anzahl
von Wellenbäuchen
aufweisende axiale Eigenschwingungen auftreten, die ein sogenanntes
Bremsenrubbeln erzeugen.
-
Zudem
kann die Kopplung von Eigenfrequenzen des Topfes und der Reibscheibe
ungünstig so
ausfallen, dass ein Bremsenquietschen gefördert wird.
-
Als
eine Maßnahme
gegen die dargestellten Probleme zeigen die 2 und die 3 jeweils
einen am Innenrand 11 der zweiten Teilreibscheibe 4 vorgesehenen
Kompensationsring 12, der scheibenförmig ausgebildet ist und mit
der zweiten Teilreibscheibe 4 beispielsweise verschweißt, verlötet oder verschraubt
sein kann, jedoch grundsätzlich
auch mit diesem einstückig
als gemeinsames Gussteil hergestellt sein kann.
-
Der
Kompensationsring 12 hat dabei die Form einer Ringscheibe.
Der Kompensationsring 12 weist einen Innenradius Ri auf,
der höchstens
so groß ist
wie ein Außenradius
Ra des Topfes 1 bezüglich
einer Mittellängsachse 19.
Dabei ist in 2 und in 3 der Innenradius
Ri des Kompensationsringes 12 kleiner als der Außenradius
Ra des Topfes 1.
-
In
der rechten Schnitthälfte
der 3 ist als Alternative ein Kompensationsring 13 dargestellt,
der im Unterschied zu dem Kompensationsring 12 die Form
eines Rohrstutzens aufweist und in parallel zur Mittellängsachse
verlaufender Axialrichtung 20 über eine parallel zur Radialrichtung 21 verlaufende Scheibenaußenfläche 22 der
Reibscheibe 2 hinaussteht. Der Kompensationsring 13 kann
auf eine der bezüglich
des Kompensationsringes 12 genannte Weise an der Reibscheibe 2 befestigt
sein.
-
Durch
das Vorsehen derartiger Kompensationsringe wird der Schirmeffekt
der Reibscheibe 2 bereits auf ein Minimum reduziert.
-
Wird
einerseits die erste Teilreibscheibe 3 an ihrem radialen
Innenrand durch die Anbindung des Topfes 1 stabilisiert,
so ergibt sich durch einen Kompensationsring 12 oder 13 eine
symmetrisch hierzu bezüglich
einer Axialmittelebene der Reibscheibe 2 angeordnete Verstärkung.
-
Da
die Steifigkeit der Reibscheibe 2 durch einen Kompensationsring
ebenfalls verstärkt
wird, verschieben sich auch deren Eigenfrequenzen, so dass die Kopplung
an entsprechende Eigenfrequenzen des Topfes und damit die Neigung
zum Bremsenquietschen ebenfalls verändert wird. Durch geeignete
Abstimmung des Kompensationsrings kann somit das Bremsenquietschen
verringert werden. Dabei spielt insbesondere auch die Form des Topf/Reibscheibenübergangs
eine zusätzliche
Rolle.
-
Die 3 zeigt
in diesem Zusammenhang einen Übergang,
der auf der dem Topf 1 zugewandten Seite der ersten Teilreibscheibe 3 eine
sickenartige ringförmige
Verjüngung
der Teilreibscheibe 3 vorsieht, wobei jedoch an deren der
zweiten Teilreibscheibe 4 zugewandten Seite ein hinterschneidungsfreier
Verlauf 14 vorgesehen ist. Eine derartige Formgebung kann
zusätzlich
zu einer Verringerung des Bremsenquietschens und der Schirmung beitragen.
-
Durch
eine derartige Ausgestaltung einer Bremsscheibe können beispielsweise
Eigenfrequenzen der Reibscheibe 2 um einige 10 Hz verschoben werden
und die axiale Auslenkung der Reibscheibe an ihrem äußeren Rand
kann für
ein typisches Temperaturfeld von etwa 0,5 mm Auslenkung auf weniger als
ein Zehntel dieses Wertes reduziert werden.
-
Damit
ergibt sich ein wesentlich besseres Anliegen der Bremsbeläge eines
Bremssattels an der Reibscheibe und damit eine gleichmäßigere Verteilung
der Bremskraft in radialer Richtung.
-
In
der 4 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsscheibe
gezeigt, bei der der Topf 1 an die Reibscheibe 2 mittig
in Bezug auf deren Dicke angebunden ist. Der Topf 1 ist
hierzu über
Stege 15 mit der ersten Teilreibscheibe 3 und
der zweiten Teilreibscheibe 4 verbunden, während die
Teilreibscheiben 3, 4 selbst mit ihrem radialen
Innenrand von dem Topf 1 beabstandet und an ihrem radialen Innenrand
durch Kompensationsringe 16, 17 verstärkt sind.
-
Der
Kompensationsring 16 steht axial über eine parallel zur Radialrichtung 21 verlaufende Scheibenaußenfläche 23 der
Reibscheibe 2 hinaus. Der Kompensationsring 17 steht
axial über
die Scheibenaußenfläche 22 der
Reibscheibe 2 hinaus. Außerdem ist der Innenradius
Ri des Kompensationsringes 17 kleiner als der Außenradius
Ra des Topfes 1.
-
Durch
die Verteilung der Kompensationsringe 16, 17 in
Axialrichtung 20 beiderseits einer Mittelebene 18 der
Reibscheibe 2 wird eine besonders hohe Stabilität der Reibscheibe
gegenüber
Schirmeffekten erzielt. Die Kompensationsringe 16, 17 können wie
auch die Kompensationsringe 12, 13 aus demselben
Material bestehen wie die Teilreibscheiben 3, 4 und
mit diesen vergossen sein, sie können jedoch
auch aus einem anderen insbesondere festeren Material bestehen,
das beispielsweise auch einen geringeren Temperaturausdehnungskoeffizienten
als das Material der Teilreibscheiben 3, 4 aufweisen
kann. Die Kompensationsringe 16, 17 können mit den
Teilreibscheiben verschweißt,
verschraubt oder verlötet
oder mittels anderer Fügetechniken
verbunden sein. Es kann auch ein einziger rohrstutzenförmiger Kompensationsring
vorgesehen sein, der mit beiden Teilreibscheiben verbunden ist und
der an seinem Umfang Durchlässe
für die
Kühlkanäle und die Anbindung
der Reibscheibe aufweist.
-
Durch
die besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Reibscheibe beziehungsweise
der gesamten Bremsscheibe entspricht der Platzbedarf dem einer herkömmlichen
Bremsscheibe, so dass zur Verbesserung des Bremsverhaltens nicht
nur neue Scheibenbremsen mit einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe ausgestattet
werden können
sondern auch der Ersatz alter Bremsscheiben problemlos möglich ist.
-
- 1
- Topf
- 2
- Reibscheibe
- 3
- erste
Teilreibscheibe
- 4
- zweite
Teilreibscheibe
- 5
- Kühlkanäle
- 6
- äußere Mantelfläche
- 7,
8
- Bohrungen
- 9
- Topf/Reibringübergang
- 10
- Hinterschneidung
- 11
- Innenrand
- 11,
12, 13, 16, 17
- Kompensationsringe
- 14
- hinterschneidungsfreier
Verlauf
- 15
- Stege
- 18
- Mittelebene
- 19
- Mittellängsachse
- 20
- Axialrichtung
- 21
- Radialrichtung
- 22,
23
- Scheibenaußenfläche
- Ri
- Innenradius
- Ra
- Außenradius