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Die
Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für einen Kraftwagen
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Bremsscheiben
sind mit einem Rad koaxial montierte Bestandteile eines Bremssystems
für Kraftfahrzeuge, welche einen Reibring und einen Bremsscheibentopf
aufweisen. Der Bremsscheibentopf dient dabei der Befestigung der
Bremsscheibe an einer Radnarbe, während der Reibring während des
Bremsvorganges in tribologischen Kontakt mit den Bremsbacken des
Bremssystems gebracht wird. Hierdurch wird die kinetische Energie
des Kraftfahrzeuges in Form von Reibungswärme dissipiert,
das Fahrzeug wird abgebremst.
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Solche
Bremsscheiben können ein- oder mehrteilig gefertigt werden,
wobei die höchsten Materialansprüche an das Material
des Reibringes gerichtet sind. Reibringe werden daher in der Regel
als Gussbauteile ausgeführt. Zur Abfuhr der beim Bremsvorgang
entstehenden Wärme aus dem Reibring sind solche Reibringe
häufig in Form innenbelüfteter Reibringe gestaltet,
das heißt sie sind mit Kanälen oder Bohrungen
versehen, welche mit Luft durchströmt sind, um so die Wärmeabfuhr
aus dem Reibring zu verbessern. Trotz dieser Maßnahmen
stellt die thermische Ausdehnung des Reibringes beim Bremsvorgang
noch immer ein Problem dar. Insbesondere eine axiale Ausdehnung
des Reibringes, die so genannte Schirmung, kann in der Folge zu
unerwünschten Verschleißerscheinungen an Bremsscheibe
oder auch an den Bremsbelägen wie z. B. Belagschrägverschleiss führen.
Weiterhin kann eine solche Schirmung zu ungleichmäßigen
Belastungen der Bremsscheibe infolge Welligkeit führen,
welche sich in Form störender tief- und höherfrequenter
Vibrationen bemerkbar machen.
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Um
eine ungleichmäßige Wärmeausdehnung eines
Reibringes zu kompensieren, offenbart die
DE 196 17 154 A1 eine Verbindung
zur Anbindung eines Reibringes einer Bremsscheibe an eine Nabe,
wobei durch ein tragendes Teil zwischen Reibringflansch und Nabe
Gleitflächen ausgebildet sind, welche eine Zentrierung
des Reibringes auch bei ungleichmäßiger Ausdehnung
ermöglichen. Solche Verbindungen sind mechanisch komplex
und erhöhen in der Regel das Gewicht der Bremsscheibe,
und damit das Gewicht der ungefederten Massen am Fahrzeug, was wiederum
zu Vibrationen und einer Reduktion des Fahrkomforts führen
kann.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Bremsschreibe
bereit zu stellen, bei welcher durch eine verbesserte Wärmeabfuhr
aus dem Reibring eine Schirmung der Bremsscheibe reduziert wird,
und welche gleichzeitig gewichtsoptimiert ausgelegt ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Bremsscheibe mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Eine
solche Bremsscheibe umfasst einen Reibring und einen Scheibentopf,
wobei an einem Innenumfang des Reibringes ein Vorsprung ausgebildet
ist. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung
sind an dem Vorsprung zumindest bereichsweise Mittel zur Vergrößerung
der Oberfläche angeordnet. Solche am Innenumfang des Reibringes
angeordnete Vorsprünge sind auch als Kaltenring bekannt.
Sie dienen der Wärmeabfuhr durch Konvektion und Wärmestrahlung,
da sie eine zusätzliche, von Luft umströmbare
Fläche zur Verfügung stellen. Durch das Anbringen
von oberflächenvergrößernden Mitteln wird
diese Wärmeabfuhr durch den Vorsprung weiter verbessert.
Die verbesserte Wärmeabfuhr reduziert dabei die Schirmungstendenz
des Reibringes, was weiterhin Verschleiß und Störgeräusche
reduziert. Durch die Verbesserung der Wärmeabfuhr bei einer erfindungsgemäßen
Bremsscheibe ist weiterhin eine Reduktion des Scheibengewichtes
möglich, da in diesem Fall der Reibring leichter ausgeführt
werden kann. Reibringe sind in der Regel als schwere Gussbauteile
realisiert, um eine genügende Wärmekapazität
zur Verfügung zu stellen, welche eine Aufnahme der beim
Bremsvorgang anfallenden Wärme ermöglicht. Durch
die verbesserte Wärmeabfuhr in einer erfindungsgemäßen
Bremsscheibe wird somit die zur Verfügung zu stellende
Wärmekapazität des Reibringes vermindert und eine
leichtere Ausführung ermöglicht.
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Die
Mittel zur Vergrößerung der Oberfläche des
Vorsprunges können dabei in Form von Noppen oder Stegen
ausgebildet sein. Neben dem grundlegenden Effekt der Oberflächenvergrößerung
führen solche Noppen oder Stege zusätzlich zu
einer Verwirbelung der umströmenden Luft im Grenzbereich
des Vorsprunges. Damit wird die Ausbildung von nur schwach durchströmten,
die Wärmeabfuhr behinderten Grenzschichten vermieden, und
nicht nur die direkte Wärmeabstrahlung, sondern auch der
Wärmeabtransport durch Konvektion verbessert.
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In
einer alternativen Ausführungsform können die
Mittel zur Vergrößerung der Oberfläche
weiterhin in Form einer umlaufenden Ringnut, oder in Form von Bohrungen
ausgebildet sein. Die Ausführung der oberflächenvergrößernden
Mittel in Form der genannten Vertiefungen führt dabei vorteilhaft
zu einer weiteren Gewichtsreduktion der Bremsscheibe. Selbstverständlich
ist eine Kombination von Noppen, Stegen, Nuten oder Bohrungen ebenso
denkbar.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der am
Innenumfang des Reibringes ausgebildete Vorsprung, welcher die erfindungsgemäßen oberflächenvergrößernden
Mittel trägt, aus einem anderen Werkstoff als der Reibring
selbst gefertigt. Dies ermöglicht eine Optimierung der
beiden Bereiche des Reibringes in Bezug auf die zu verwendende Materialqualität.
Während der eigentliche Reibring neben den thermischen
Beanspruchungen auch hohen mechanischen Beanspruchungen durch den
tribologischen Kontakt mit den Bremsbacken unterliegt, ist der am
Innenumfang ausgebildete Vorsprung lediglich thermisch belastet
und steht in keinem reibschlüssigen Kontakt mit anderen
Bauteilen. Eine solche zweiteilige Ausführung ermöglicht
es also, den Vorsprung aus einem Material zu fertigen, welches bevorzugt
nach seiner Wärmeableitfähigkeit ausgewählt
ist, während der eigentliche Reibring aus einem Werkstoff
gefertigt wird, welcher im Hinblick auf mechanische und thermische
Belastung optimiert ist. Eine solche Ausführung kann weiterhin
zu zusätzlichen Gewichtseinsparungen führen.
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Im
Folgenden soll anhand der Zeichnung die Erfindung und ihre Ausführungsformen
näher erläutert werden, wobei
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1 eine
dem Stand der Technik entsprechende Bremsscheibe,
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2 eine
erfindungsgemäße Bremsscheibe mit Oberflächenvergrößerung
durch eine umlaufende Ringnut und
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3 eine
erfindungsgemäße Bremsscheibe mit Oberflächenvergrößerung
durch Noppen jeweils im schematischen Querschnitt zeigt.
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Die
in 1 gezeigte, im Ganzen mit 10 bezeichnete
Bremsscheibe für ein Kraftfahrzeug entspricht dem üblichen
Stand der Technik. Sie umfasst einen Reibring 12 sowie
einen Scheibentopf 14. Die gesamte Anordnung ist dabei rotationssymetrisch
zu einer Mittelachse 16. Am Bremsscheibentopf 14 ist eine Öffnung 18 zur
Aufnahme einer Welle, sowie Befestigungsöffnungen 20 zur
Festlegung des Scheibentopfes 14 an einer Radnabe vorgesehen.
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Der
Reibring 12 umfasst zwei Reibflächen 22 und 24,
welche beim Bremsvorgang in Kontakt mit den Bremsbacken gebracht
werden. Um die entstehende Wärme abzuleiten, weist der
Reibring 12 Luftkanäle 26 in seinem zentralen
Bereich auf, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit
hier nicht alle mit Bezugszeichen versehen sind. Zusätzliche
Belüftungsbohrungen 28 bringen die Luftkanäle 26 in durchgängigen
Kontakt mit den Reibflächen 22, 24 und
verbessern die Durchströmung des Reibringes. Es handelt
sich im gezeigten Fall also um eine innenbelüftete Bremsscheibe.
Am Innenumfang des Reibringes ist ein in Richtung der Mittelachse
sich erstreckender Vorsprung 30 angeordnet. Eine Teilfläche 32 des
Vorsprungs 30 fluchtet mit der Reibfläche 24,
tritt beim Bremsvorgang jedoch nicht in tribologischen Kontakt mit
den Bremsbacken. Der Vorsprung 30, auch als Kaltenring
bezeichnet, dient der Oberflächenvergrößerung
des Reibringes und soll die Wärmeableitung durch Abstrahlung
oder Konvektion verbessern.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße Ausführungsform
einer solchen Bremsscheibe, in welcher die Oberfläche des
Vorsprunges 30 durch Noppen 34 weiter vergrößert
wird. Der Übersichtlichkeit halber sind hier nicht alle
Noppen mit Bezugszeichen versehen. Im gezeigten Beispiel sind die
Noppen 34 auf einer mit der Reibfläche 24 fluchtenden
Oberfläche 32 des Vorsprunges 30 angeordnet.
Es ist ebenso möglich, solche Noppen 34 auf einer
Stirnfläche 36 des Vorsprungs 30 anzuordnen.
Durch die Noppen 34 wird die Oberfläche des Vorsprunges 30 und
damit des Reibringes 12 vergrößert, was
eine verbesserte Wärmeableitung ermöglicht. Gleichzeitig
sorgen die Noppen 34 bei der Rotation der Bremsscheibe 10 für zusätzliche
Verwirbelung der vorbeiströmenden Luft im Bereich des Vorsprunges 30,
was die Ausbildung von unbewegten Grenzschichten, welche den Wärmeabtransport
durch Konvektion behindern könnten, verhindert. Durch den
besseren Wärmeabtransport über den Vorsprung 30 wird
eine leichtere Auslegung des Reibringes 12 ermöglicht.
Neben der in 2 gezeigten Oberflächenvergrößerung
durch hervortretende Elemente wie die Noppen 34 ist alternativ
eine Oberflächenvergrößerung durch Einbringen
von vertieften Elementen möglich. Eine solche Ausführungsform
ist in 3 gezeigt. Hier ist in die Stirnfläche 36 des
Vorsprunges 30 eine umlaufende Nut 38 eingebracht.
Wie im quer angeschnittenen Bereich des Vorsprunges 30 zu
erkennen, entsteht die Nut 38 aus einer zentralen Vertiefung 40,
welche seitlich von zwei wulstartigen Erhebungen 42 und 44 begrenzt wird.
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Selbstverständlich
können die beiden gezeigten Konzepte miteinander kombiniert
werden, beziehungsweise die in Form von Erhebungen oder Vertiefungen
erzeugte Oberflächenvergrößerung auch
in anderen Ausführungsformen dargestellt werden. Beispielsweise
ist das Einbringen von Bohrungen, oder das Anbringen von Stegen
möglich. Sämtliche solche Strukturen können
entweder urformend beim Guss des Reibringes dargestellt werden,
oder auch in einem Umformprozess beispielsweise durch Bohren oder
Fräsen erzeugt werden. Alle gezeigten Ausführungsbeispiele
demonstrieren den Erfindungsgedanken anhand einer einteiligen Bremsscheibe 10,
welche als einstückiges Gussbauteil dargestellt ist. Selbstverständlich
ist die Anwendung des Erfindungsgedankens auch bei zweiteiligen
Bremsscheiben 10, welche getrennt gefertigte Reibringe 12 und
Scheibentöpfe 14 umfassen, möglich. Da
durch eine ungleichmäßige thermische Ausdehnung,
und insbesondere eine Schirmung des Reibringes 12 bei solchen
zweiteiligen Bremsscheiben an den Fügestellen zwischen
Reibring 12 und Scheibentopf 14 besondere Belastungen
auftreten, ist die Anwendung solcher erfindungsgemäßer oberflächenvergrößerter Kaltenringe
gerade bei solchen zweiteiligen Bremsscheiben 10 besonders
sinnvoll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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