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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsscheibenanordnung für Fahrzeuge,
welche eine verbesserte Kühlwirkung
aufweist.
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Bremsscheibenanordnungen
für Fahrzeuge sind
aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt.
Probleme können
sich hierbei insbesondere aufgrund von zu hohen Temperaturen der
Bremsscheibenanordnung ergeben, was im Extremfall zu einem Versagen
der Bremse führen kann.
Von daher ist eine Kühlung
der Bremsscheibenanordnungen unabdinglich. Bekannt ist es hierbei,
Kühlkanäle, beispielsweise
in einer Bremsscheibe vorzusehen, welche eine innere Belüftung der Bremsscheibe
ermöglichen.
Trotzdem müssen
die bekannten Bremsscheibenanordnungen eine große Masse-Anhäufung, insbesondere
im Bereich der Bremsscheibe, aufweisen, da die heutigen Bremsscheibenanordnungen
hauptsächlich
aus Grauguss hergestellt werden. Ohne diese Masse-Anhäufung könnten die
hohen thermischen Anforderungen bei Grauguss nicht erfüllt werden,
was jedoch zu erhöhtem
Gewicht führt.
Diese massive Ausführung
sowie das Vorsehen der Kühlkanäle bergen
jedoch auch gießtechnische
Probleme, wie z. B. Lunkerbildung oder Rissbildung.
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Bremsscheibenanordnung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass sie eine sehr gute Abführung von Wärme ermöglicht. Ferner weist die erfindungsgemäße Bremsscheibenanordnung
keine Masse-Anhäufung
auf, sondern kann relativ kleinbauend und kompakt ausgeführt sein.
Hierdurch kann insbesondere auch ein Gewicht der Bremsscheibenanordnung
reduziert werden. Ferner kann erfindungsgemäß trotzdem insbesondere auch eine
massive Ausbildung einer Bremsscheibe ausgeführt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
dass die Bremsscheibenanordnung, welche eine Bremsscheibe und einen
Bremsscheibentopf umfasst, aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff
hergestellt ist. Ferner weist die Bremsscheibeanordnung Kühleinrichtungen
auf, welche am Bremsscheibentopf angeordnet sind. Durch diese erfindungsgemäße Kombination
ist es möglich,
dass die Bremsscheibe massiv ausgebildet ist und die Kühleinrichtung,
welche eine Kühlung
mittels Konvektion und/oder Strahlung bereitstellen, am Bremsscheibentopf
vorgesehen sind. Die verwendeten Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe
weisen dabei besonders bevorzugt bei einer Raumtemperatur von 20° einen Wärmeleitfähigkeitswert
auf, welcher größer als 70
W/mK, besonders bevorzugt größer 100
W/mK, ist. Somit kann erfindungsgemäß die insbesondere an der Bremsscheibe
anfallende Wärme
sehr gut durch den Metall-Keramik-Verbundwerkstoff
zum Bremsscheibentopf und von dort auf die Kühleinrichtungen geleitet werden,
von welchen dann die Wärme
abgegeben werden kann. Hierdurch wird ferner insbesondere auch ein
Wärmestau
im Bereich der Radlager vermieden, da die Kühlung unmittelbar in der Nähe der Radlager
am Bremsscheibentopf erfolgt. Insbesondere im Vergleich mit einer
Bremsscheibenanordnung aus Grauguss mit Kühlkanälen, wird eine deutlich verbesserte
Kühlleistung
erreicht, so dass insbesondere Bremsscheiben mit kleineren Durchmessern
realisiert werden könnten,
oder die Bremsen bei gleichbleibenden Durchmessern leistungsfähiger werden.
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Der
Metall-Keramik-Verbundwerkstoff umfasst eine keramische Fase, welche
mit einer Vielzahl von Poren versehen ist, die mit einem Metall
gefüllt sind.
Besonders bevorzugt sind dabei möglichst
viele Poren mit benachbarten Poren verbunden, um eine hohe Wärmeleitfähigkeit
bereitstellen zu können. Weiter
bevorzugt ist ein Metallanteil im Verbundwerkstoff größer oder
gleich 50%.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Vorzugsweise sind
die Kühleinrichtungen
ausschließlich
am Bremsscheibentopf angeordnet. Hierdurch wird ein besonders einfacher
und kostengünstiger
Aufbau ermöglicht.
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Besonders
bevorzugt sind die Kühleinrichtungen
aus einem Material mit einer sehr guten Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Dies ermöglicht eine
besonders gute Kühlung
der Bremsscheibenanordnung. Besonders bevorzugt sind die Kühleinrichtungen
dabei aus einem Material hergestellt, welches eine bessere Wärmeleitfähigkeit
aufweist, als das Metall des Metall-Keramik-Verbundwerkstoffs. Alternativ
wird für
die Kühleinrichtungen
das gleiche Metallmaterial verwendet, welches auch für den Metall-Keramik-Verbundwerkstoff
der Bremsscheibenanordnung verwendet wird. Hierdurch kann eine besonders
einfache und kostengünstige
Herstellung erreicht werden.
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Besonders
bevorzugt umfasst der Metall-Keramik-Verbundwerkstoff Kupfer oder
eine Kupferlegierung.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst
der Bremsscheibentopf ferner einen radial nach innen gerichteten
Flansch, wobei die Kühleinrichtung
ausschließlich
oder zusätzlich
am Flansch angeordnet ist. Durch das Vorsehen des Flansches kann
eine Kühlung
unmittelbar am Radlager erfolgen.
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Um
eine möglichst
kostengünstige
Herstellung der Bremsscheibenanordnung zu ermöglichen, ist die Bremsscheibe
vorzugsweise massiv ausgebildet. Hierdurch kann auf das Vorsehen
von aufwändigen
Kühlkanälen o. Ä. verzichtet
werden, so dass in der Bremsscheibe ferner auch eine sehr gute Wärmeleitung
aufgrund der Verwendung des Metall-Keramik-Verbundwerkstoffs realisiert
ist.
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Vorzugsweise
ist die Kühleinrichtung
ausschließlich
an einer der in Axialrichtung der Bremsscheibenanordnung liegenden
Axialseiten vorgesehen. Alternativ sind Kühleinrichtungen an beiden in Axialrichtung
liegenden Axialseiten vorgesehen. Die Wahl, ob die Kühleinrichtung
lediglich an einer oder an beiden Axialseiten vorgesehen sein kann,
hängt insbesondere
mit der Bremsleistung der Bremsscheibenanordnung zusammen, d. h.,
bei hoher Bremsleistung ist es bevorzugt, an beiden Axialseiten
Kühleinrichtungen
vorzusehen.
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Die
erfindungsgemäße Bremsscheibenanordnung
wird vorzugsweise bei Fahrzeugen eingesetzt, welche hohe Bremsleistungen
erbringen müssen,
z. B. Sportwagen, SUV's,
Kleintransporter bzw. hochmotorisierte Fahrzeuge. Erfindungsgemäß kann hierbei
eine verbesserte Bremsleistung bei gleichen Abmessungen der Bremsscheibenanordnung
bereitgestellt werden.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im
Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer Bremsscheibenanordnung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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2 eine
schematische Schnittansicht einer Bremsscheibenanordnung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und
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3 eine
schematische Schnittansicht einer Bremsscheibenanordnung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 1 eine Bremsscheibenanordnung 1 gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Bremsscheibenanordnung 1 eine
Bremsscheibe 2 und einen Bremsscheibentopf 3.
Am Bremsscheibentopf 3 ist an einer radialen Innenseite
ferner ein Flanschbereich 5 integral gebildet. Der Flanschbereich 5 ist
im Wesentlichen radial ausgerichtet und der Verbindungsbereich des
Bremsscheibentopfes zur Bremsscheibe 2 ist bogenförmig vorgesehen.
Die Bremsscheibe 2 ist als massives Bauteil ausgebildet. Ebenfalls
ist der Bremsscheibentopf 3 als massives Bauteil ausgebildet.
Als Material für
die Bremsscheibe und dem Bremsscheibentopf ist ein Metall-Keramik-Verbundwerkstoff
mit Kupfer als Metall vorgesehen. Somit weist die Bremsscheibenanordnung
eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit
auf.
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Da
keinerlei Hohlstrukturen in der Bremsscheibe bzw. dem Bremsscheibentopf
vorgesehen werden müssen,
ist eine Herstellung der Bremsscheibenanordnung sehr einfach und
kostengünstig. Die
Bremsscheibe 2 und der Bremsscheibentopf 3 sind
als integrales Bauteil in einer einstückigen Form hergestellt.
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Wie
weiter aus 1 ersichtlich ist, sind am Bremsscheibentopf 3 eine
Vielzahl von Kühleinrichtungen 4 in
Form von Kühlrippen
vorgesehen. Die Rippen sind dabei in Radialrichtung nach außen am Bremsscheibentopf 3 vorgesehen.
Die Kühlrippen 4 weisen
dabei eine gerade Form auf, welche besonders einfach und kostengünstig hergestellt
werden kann. Die Bremsscheibenanordnung 1 ist dabei in bekannter
Weise an einer Achsenanbindung 6 befestigt. Die Rotationsachse
ist dabei mit X-X bezeichnet. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet
ferner eine Fahrzeuginnenseite und das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine
Fahrzeugaußenseite.
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Somit
sind bei der Bremsscheibenanordnung 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
eine Vielzahl von Kühlrippen 4 an
einer zur Fahrzeuginnenseite 7 gerichteten Seite des Bremsscheibentopfs 3 angeordnet.
Hierbei müssen
an der Bremsscheibe 2 selbst keine Kühleinrichtungen (z. B. Kühlkanäle, Rippen,
o. Ä.)
vorgesehen werden, so dass dieses Bauteil sehr einfach aufgebaut
ist. Als Metallmaterial des Metall-Keramik-Verbundwerkstoffs wird vorzugsweise
Kupfer eingesetzt, wobei die Vielzahl der Kühlrippen 4 vollständig aus
Kupfer hergestellt sind. Hierdurch kann eine besonders gute Wärmeableitung über die
Kühlrippen 4 erfolgen.
Hierbei sei angemerkt, dass für
die Kühlrippen 4 auch
ein anderes Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit
verwendet werden kann, wobei die Wärmeleitfähigkeit der Kühlrippen
vorzugsweise höher
ist, als die Wärmeleitfähigkeit
des Metalls des Metall-Keramik-Verbundwerkstoffs.
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Somit
kann durch die massive Ausgestaltung der Bremsscheibe 2 insbesondere
deren Abmessungen reduziert werden bzw. bei gleichbleibenden Abmessungen
eine verbesserte Bremsleistung bereitgestellt werden. Ferner kann
auch eine verbesserte Bremssattelsteifigkeit mit damit verbesserten NVH-Verhalten
(Noise vibration harshness) erhalten werden. Ferner können auch
dickere Bremsbeläge mit
einer längeren
Lebensdauer eingesetzt werden.
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Die
verwendeten Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe weisen dabei im Vergleich
mit Grauguss ein deutlich besseres Verschleiß- und Korrosionsverhalten
auf, eine verbesserte thermische Stabilität und eine geringere Dichte,
so dass insbesondere eine Gewichtreduzierung realisiert werden kann.
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Die 2 und 3 zeigen
Bremsscheibenanordnungen 1 gemäß einem zweiten bzw. dritten Ausführungsbeispiel,
wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen
wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel
bezeichnet sind.
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Das
in 2 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel umfasst Kühlrippen 10,
welche ebenfalls ausschließlich
an einer Axialseite der Bremsscheibenanordnung 1 angeordnet
sind. Im Unterschied zu ersten Ausführungsbeispiel sind beim zweiten
Ausführungsbeispiel
die Kühlrippen 10 an
der zur Fahrzeugaußenseite 8 gerichteten
Seite ausgebildet.
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Das
in 3 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel weist im Unterschied
zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel
Kühlrippen 4, 10 auf,
welche an beiden Axialseiten der Bremsscheibenanordnung angeordnet
sind. Dadurch kann eine noch verbesserte Wärmeabfuhr realisiert werden.
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Wie
im ersten Ausführungsbeispiel
sind bei den in den 2 und 3 gezeigten
Ausführungsbeispielen
die Kühlrippen 4, 10 ebenfalls
vollständig aus
Metall hergestellt. Ansonsten entsprechen diese Ausführungsbeispiele
dem ersten Ausführungsbeispiel,
so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.