DE102007043306B4

DE102007043306B4 - Bremsscheibe und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102007043306B4
Application number: DE102007043306.0A
Authority: DE
Inventors: Jonas Hagsjö
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2027-09-13
Also published as: SE0601873L; SE531202C2; DE102007043306A1

Abstract

Bremsscheibe für eine Scheibenbremse, aufweisend einen zur Befestigung der Bremsscheibe an einem Fahrzeugrad angeordneten, ringförmigen Befestigungsbereich, einen rohrförmigen Halsbereich, der sich vom Befestigungsbereich axial an der Bremsscheibe erstreckt und quer zu seiner axialen Richtung ein Bremsscheibenelement trägt, das zwei gegeneinander gerichtete, ringförmige Scheibenelemente, ein erstes und ein zweites, und einen zwischen den Scheibenelementen angeordneten Lüftungsbereich aufweist, wobei der Halsbereich an seinem vom Befestigungsbereich weg gerichteten Ende in das erste Scheibenelement übergeht, das den Lüftungsbereich und das zweite Scheibenelement trägt, dadurch gekennzeichnet, dass der Halsbereich (3) eine entlang seiner axialen Ausbreitung variierende Werkstoffdicke zur Steuerung des Verzugs der Bremsscheibe infolge einer durch einen Bremsvorgang hervorgerufenen erhöhten Temperatur aufweist, dass der Halsbereich (3) teils im Anschluss an dessen Übergang auf den Befestigungsbereich (2) und teils im Anschluss an dessen Übergang auf das Bremsscheibenelement (4) und hierbei im ersten Scheibenelement (5) eine Verjüngung (9, 10) der Wand des Halsbereichs aufweist, dass ferner jede Verjüngung durch eine in Richtung des Umkreises der äußeren Mantelfläche (3') des Halsbereichs angeordnete und verlaufende Aussparung (11, 12) gebildet wird, und dass jede Aussparung (11, 12) im axialen Querschnitt gesehen eine hohlkehlenähnliche Konfiguration sowie sanfte Übergänge mit Krümmungsradien zu den angrenzenden Halsbereichsbereichen aufweist.

Description

BEREICH DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsscheibe der im Oberbegriff des beigefügten Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug gemäß dem beigefügten Patentanspruch 8.
STAND DER TECHNIK
Bremsscheiben der in der Einleitung angegebenen Art kommen u. a. bei Lastkraftwagen zur Anwendung. Ein Problem bei solchen Bremsscheiben besteht darin, dass Risse u. a. in dem Teil der Reibfläche der Scheibe auftreten, der mit den Bremsbelägen in Berührung kommt. Außerdem tritt bei der Bremsscheibe während des Bremsvorgangs ein Verzug auf, u. a. weil sie auf solche Weise erwärmt wird, dass die Scheibe mit ihren einander gegenüber liegenden Reibflächen und dem dazwischen liegenden Lüftungskanal in Richtung zum Befestigungsbereich der Bremsscheibe gewinkelt wird und gleichzeitig der Hals an dem Ende erweitert wird, das die Scheibe trägt. Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Größe der Winkelung und der Zunahme der Risse auf die Weise, dass die Zunahmegeschwindigkeit mit zunehmender Winkelung zunimmt.
DE 100 32 972 A1 offenbart eine Bremsscheibe für eine Fahrzeug-Scheibenbremse. Zum Gewährleisten einer thermischen Dehnung des Reibrings, ist die Bremsscheibe an seinem kreiszylindrischen Mantel mit Durchbrüchen und/oder mit Abschnitten reduzierter Wandstärke versehen.
Ferner offenbart DE 199 29 391 A1 eine Bremsscheibe für Scheibenbremsen, wobei der Mantel des Nabenabschnitts in einem sich an den Reibring anschließenden Mantelbereich elastisch nachgiebig ausgebildet ist.
Darüber hinaus offenbart WO 2005/090 817 A1 ebenfalls eine Scheibenbremse für den Einsatz im Kraftfahrzeugbereich, bei der ein Wärmedurchlass-Begrenzungsbereich als eine einfache Aussparung ausgebildet ist.
ZWECK DER ERFINDUNG
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Geschwindigkeit der Zunahme der Wärmerisse in der Scheibe der Bremsscheibe zu verringern, um bei Bremsscheiben der aktuellen Art eine längere Lebensdauer zu erzielen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorstehend genannte Zweck wird durch Bremsscheiben mit den kennzeichnenden Merkmalen gemäß dem beigefügten Patentanspruch 1 und ein Fahrzeug mit den kennzeichnenden Merkmalen gemäß dem beigefügten Patentanspruch 8 erfüllt.
Weitere Vorteile werden mit den kennzeichnenden Merkmalen der jeweiligen abhängigen Patentansprüche erzielt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung ist leichter zu verstehen bei Bezugnahme auf die nachstehende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, worin gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile bezeichnen, und worin
1 in schematischer Darstellung einen axialen Schnitt durch eine Bremsscheibe nach dem Stand der Technik in einem Ruhezustand, angegeben durch Punktlinien, und einem vorübergehend verzogenen Zustand infolge eines Bremsvorgangs, angegeben durch durchgezogene Linien, zeigt;
2 in schematischer Darstellung einen axialen Schnitt durch eine Bremsscheibe in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 in schematischer Darstellung einen axialen Schnitt durch eine Bremsscheibe in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 in schematischer Darstellung eine Elementeinteilung für FEM-Berechnungen der Bremsscheibe gemäß 3 zeigt.
In 1 bezeichnet 1 eine Bremsscheibe, die in der in 1 gezeigten Ausführung dem Stand der Technik entspricht, wobei die Bremsscheibe, die in ihrem ursprünglichen Zustand durch im Wesentlichen durch gestrichelte Linien dargestellt ist, einen ringförmigen Befestigungsbereich 2 aufweist, der zur Befestigung der Bremsscheibe an einem Fahrzeugrad angeordnet ist, einen im Wesentlichen rohrförmigen Halsbereich 3 mit einer sich vom Befestigungsbereich der Bremsscheibe aus axial erstreckenden, im Wesentlichen konstanten Wanddicke a, wobei der Halsbereich quer zu seiner Axialrichtung ein Bremsscheibenelement 4 trägt, das zwei gegeneinander gerichtete, ringförmige Scheibenelemente 5, 6 und einen zwischen diesen Scheibenelementen angeordneten Lüftungsbereich 7 aufweist, wobei der Halsbereich an seinem vom Befestigungsbereich weggerichteten Ende 8 in ein erstes Scheibenelement 5, das den Lüftungsbereich 7 trägt, und ein zweites Scheibenelement 6 übergeht. Im Wesentlichen mit durchgezogenen Linien zeigt 1 die Bremsscheibe in verzogenem Zustand, wobei der Verzug auftritt infolge eines Bremsvorgangs, bei dem nicht dargestellte Bremsbeläge gegen die Reibflächen 5' bzw. 6' der Scheibenelemente 5, 6 gedrückt werden. Ein besonderes Merkmal des Verzugs besteht darin, dass sich der Halsbereich an dem Ende, das das Bremsscheibenelement trägt, erweitert und das Bremsscheibenelement in Richtung zum Befestigungsbereich hin gewinkelt bzw. gebogen wird.
Bei der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform einer Bremsscheibe 1 gemäß der Erfindung wurde dem Halsbereich eine Form gegeben, durch die der Verzug gemäß 1 bei der Bremsscheibe bei üblicher Erwärmung erheblich verringert oder im Wesentlichen vermieden wird, wobei die Winkelung des Bremsscheibenelements erheblich verringert oder im Wesentlichen vermieden wird.
Kennzeichnend für die Formgebung des Halsbereichs ist hierbei eine variierende Wanddicke entlang des Halsbereichs, wobei besonders kennzeichnend ist, dass der Halsbereich teils im Anschluss an seinen Übergang auf den Befestigungsbereich und teils im Anschluss an seinen Übergang auf das Bremsscheibenelement eine Verjüngung 9 bzw. 10 der Wand des Halsbereichs aufweist, wie dies zum Beispiel in 2 dargestellt ist.
2 ist als generelle Illustration der Bremsscheibe zu betrachten, und eine Bremsscheibe gemäß der Erfindung ist nicht als auf die aus 2 hervorgehenden Maßangaben beschränkt zu betrachten. Gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform weist der Halsbereich eine zum Bremsscheibenelement hin sich etwas ausweitende Konfiguration auf.
Jede Verjüngung 9, 10 wird vorzugsweise durch eine in Umkreisrichtung bei der äußeren Mantelfläche 3' des Halsbereichs angeordnete, rundum laufende Aussparung 11 bzw. 12 mit hohlkehlenähnlicher Konfiguration und weichen Übergängen mit Krümmungsradien von wesentlicher Größe auf die angrenzenden Halsbereichsbereiche geformt.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ist der Halsbereich im Wesentlichen geformt wie bei der in 2 gezeigten, d. h. mit Aussparungen 11, 12 in der äußeren Mantelfläche, wobei die Aussparungen eine Hohlkehlen-ähnliche Konfiguration und welche Übergänge auf die angrenzenden Bereiche aufweisen. Der Halsbereich weist in dieser Ausführungsform jedoch eine sich in Richtung zum Befestigungsbereich etwas ausweitende Konfiguration auf, wie dies in 3 erkennbar ist.
Ferner weist das zweite Scheibenelement 6 in Axialrichtung der Bremsscheibe gesehen eine wesentlich größere Dicke auf als das erste Scheibenelement 5. Eine solche Ausführung kann auch bei der in 2 gezeigten Ausführungsform zur Anwendung kommen. Der Dickenunterschied zwischen den ringförmigen Scheibenelementen trägt zusätzlich dazu bei, einer Winkelung des Bremsscheibenelements in Richtung zum Befestigungsbereich bei Erwärmung entgegen zu wirken. Bei einem typischen Dickenunterschied beträgt die Dicke des Scheibenelements 6 ungefähr das 1,5-fache der des dünneren Scheibenelements 5. Ein typischer absoluter Dickenunterschied liegt vor bei einer bevorzugten Ausführung, bei der die Dicke des dünneren Scheibenelements 5 ungefähr 12 mm und die Dicke des dickeren Scheibenelements ungefähr 18,5 mm beträgt.
Die Dicke des Lüftungsbereichs ist typischerweise ungefähr 10–15% größer als die des dünneren Scheibenelements bei unterschiedlich dicken Scheibenelementen, 3, oder gleich groß wie die Dicke eines Scheibenelements bei gleich dicken Scheibenelementen, 2.
Bremsscheiben gemäß der Erfindung sind vorzugsweise aus Stahlguss der für Bremsscheiben typischen Materialwahl sowie vorzugsweise in einem Stück hergestellt und bei Bedarf bis zur erfindungsgemäß erwünschten und bevorzugten Konfiguration auf Sollmaß gedreht. Angestrebt ist jedoch, dass der Gießvorgang auf solche Weise erfolgt, dass eine Nachbearbeitung vermieden werden kann.
Die Funktion der Bremsscheibe gemäß der Erfindung dürfte im wesentlichen und ausreichenden Umfang aus dem vorstehend Gesagten hervorgehen.
Durch die Gestaltung des Halsbereichs mit Verjüngungen 9, 10 der Halsbereichswand an den Enden des Halsbereichs wird der von einer Temperaturerhöhung infolge eines Bremsvorgangs hervorgerufene Verzug des Bremsscheibenelements ohne oder mit wesentlich geringerer Winkelung des Bremsscheibenelements absorbiert als bei dem Stand der Technik entsprechenden Bremsscheiben der aktuellen Art.
Wenn gemäß der Erfindung die Bremsscheibe außerdem mit unterschiedlich dicken Scheibenelementen 5, 6 gestaltet wird, kann die Winkelung bzw. Verbiegung vermieden oder, abhängig von der Größe der Winkelung, weiter verringert werden.
Die verringerte/eliminierte Winkelung bzw. Verbiegung führt mit sich, dass eine Zunahme von Wärmerissen in den Reibflächen des Bremsscheibenelements wesentlich langsamer stattfindet als bei dem Stand der Technik entsprechenden Bremsscheiben der aktuellen Art.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Gestaltung im Detail einer Bremsscheibe gemäß der Erfindung zum Erreichen einer wesentlichen Verringerung oder Eliminierung der Winkelung bzw. Verbiegung des Bremsscheibenelements in Richtung zum Befestigungsbereich hin abhängig ist von u. a. der Wanddicke des Halses, der Wanddicke im Übergang zwischen Hals und Bremsscheibenelement und der Ausbreitung der Scheibenelemente in radialer Richtung.
Vorstehend ist die Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen und Ausführungsbeispielen beschrieben worden.
Es sind natürlich weitere Ausführungsformen ebenso wie geringere Veränderungen und Ergänzungen denkbar, ohne dass eine Abweichung vom grundlegenden Erfindungsgedanken vorliegt.
Wie genannt, sind somit die Maßangaben in 2 als Beispiele zu betrachten.
Gemäß bevorzugten Ausführungen nimmt die Wanddicke des Halsbereichs in Richtung vom Befestigungsbereich zwischen den Verjüngungen 9, 10 im Anschluss an die Enden des Halsbereichs zu.
Es sind an sich auch Ausführungen denkbar, bei denen eine Verjüngung der Wand des Halsbereichs durch Aussparungen in der inneren Mantelfläche des Halsbereichs erzielt werden kann.
Die Erfindung ist somit nicht als auf die oben angeführten Ausführungsformen beschränkt zu betrachten, sondern kann in dem angegebenen Rahmen der beigefügten Patentansprüche variiert werden.

Claims

Bremsscheibe für eine Scheibenbremse, aufweisend einen zur Befestigung der Bremsscheibe an einem Fahrzeugrad angeordneten, ringförmigen Befestigungsbereich, einen rohrförmigen Halsbereich, der sich vom Befestigungsbereich axial an der Bremsscheibe erstreckt und quer zu seiner axialen Richtung ein Bremsscheibenelement trägt, das zwei gegeneinander gerichtete, ringförmige Scheibenelemente, ein erstes und ein zweites, und einen zwischen den Scheibenelementen angeordneten Lüftungsbereich aufweist, wobei der Halsbereich an seinem vom Befestigungsbereich weg gerichteten Ende in das erste Scheibenelement übergeht, das den Lüftungsbereich und das zweite Scheibenelement trägt, dadurch gekennzeichnet, dass der Halsbereich (3) eine entlang seiner axialen Ausbreitung variierende Werkstoffdicke zur Steuerung des Verzugs der Bremsscheibe infolge einer durch einen Bremsvorgang hervorgerufenen erhöhten Temperatur aufweist, dass der Halsbereich (3) teils im Anschluss an dessen Übergang auf den Befestigungsbereich (2) und teils im Anschluss an dessen Übergang auf das Bremsscheibenelement (4) und hierbei im ersten Scheibenelement (5) eine Verjüngung (9, 10) der Wand des Halsbereichs aufweist, dass ferner jede Verjüngung durch eine in Richtung des Umkreises der äußeren Mantelfläche (3') des Halsbereichs angeordnete und verlaufende Aussparung (11, 12) gebildet wird, und dass jede Aussparung (11, 12) im axialen Querschnitt gesehen eine hohlkehlenähnliche Konfiguration sowie sanfte Übergänge mit Krümmungsradien zu den angrenzenden Halsbereichsbereichen aufweist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halsbereich eine in Richtung zum Befestigungsbereich oder in Richtung vom Befestigungsbereich sich aufweitende Konfiguration aufweist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke des Halsbereichs in Richtung vom Befestigungsbereich zwischen den Verjüngungen (9, 10) im Anschluss an die Enden des Halsbereichs zunimmt.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Scheibenelement (6) in axialer Richtung der Bremsscheibe gesehen eine größere Dicke aufweist als das erste Scheibenelement (5).
Bremsscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des zweiten Scheibenelements das 1,5-fache der Dicke des ersten Scheibenelements beträgt.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Lüftungsbereichs das 1,1- bis 1,15-fache der Dicke des ersten Scheibenelements (5) beträgt.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Stahlguss hergestellt, vorzugsweise in einem Stück gegossen und anschließend nach Bedarf in geeignetem Ausmaß bis zur gewünschten Konfiguration bearbeitet ist.
Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es Bremsscheiben gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich dabei um einen Lastkraftwagen handelt.