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Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe mit wenigstens einem Reibring und einem topfförmigen Trageteil, die näherungsweise rotationssymmetrisch ausgebildet sind.
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Bremsscheiben, die aus einem Reibring und einem topfförmigen Trageteil bestehen, sind in der Regel kreisrund ausgeführt. Bei Bremsen mit solchen Bremsscheiben gibt es immer wieder Beanstandungen aufgrund von Bremsgeräuschen – insbesondere aufgrund von Bremsenquietschen. Ursache für Bremsgeräusche sind sogenannte Flatterinstabilitäten beziehungsweise Modenkopplungen. Hier werden zwei Schwingformen des Bremssystems aufgrund der Reibung zwischen Belag und Scheibe bei bestimmten Parametern auf die gleiche Frequenz geschoben. Diese beiden Moden können nun aufgrund der Frequenzgleichheit interagieren und führen dazu, dass pro Schwingungsperiode Arbeit an der Reibungsschnittstelle geleistet wird, die zu einer Schwingung führt, die bei ausreichend großer Amplitude hörbar wird und somit zum Quietschen führt.
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Besonders problematisch sind die sogenannten Doppelmoden der Bremsscheibe. Diese entstehen durch leichte Asymmetrien der Bremsscheibe wie beispielsweise Bohrungen am Topf oder asymmetrische Kühlkanäle. Hierbei liegen rotationssymmetrische Moden in doppelter Ausführung vor, wobei Ihre Frequenz sich nur leicht unterscheidet und die Moden jeweils phasenverschoben sind. Da diese Moden ohnehin sehr nah beieinander liegen, neigen diese dazu zu koppeln und sind dann verantwortlich für Quietschgeräusche.
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Schwingungen im Betrieb einer Scheibenbremse gehen somit auf koppelnde Eigenmoden des Gesamtsystems zurück, bei denen sehr häufig eine starke Scheibenbeteiligung vorliegt. Ist bei einer Schwingformanalyse zu erkennen, dass die Schwingung die zum Geräusch führt auf der Scheibe umläuft, liegt meist eine Doppelmodenkopplung vor. Diese geht auf zwei Eigenmoden der Scheibe zurück, die bei nahezu gleicher Frequenz liegen.
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Es wurden bereits mehrfach Versuche unternommen, um das Problem des Bremsenquietschens zu lösen. Dazu beschreibt die
DE 10 2009 017 366 A1 eine Bremsscheibe, deren Reibring eine unrunde Umfangskontur aufweist, d. h. nur die Außenkontur des Reibringes der Bremsscheibe ist unrund. Wenn die Bremsscheibe einen radseitigen und einen achsseitigen Reibring aufweist, hat der radseitige Reibring eine runde und der achsseitige Reibring eine unrunde Umfangskontur.
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Die
GB 1,140,078 betrifft eine Bremse mit einer Bremsscheibe, bei der der topfförmige Trageteil an seiner Außenkontur unrund ausgebildet ist, indem mehrere Segmente mit in Umfangsrichtung zunehmender beziehungsweise abnehmender Dicke des Trageteils so angeordnet sind, dass die Außenkontur des Trageteils symmetrisch ist. Auch hier ist nur die Außenkontur des Reibringes der Bremsscheibe unrund.
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Bei den bekannten Bremsen wird jedoch das Problem des Bremsenquietschens nicht befriedigend gelöst, weil die Bremsen verschiedene Konstruktionsmerkmale haben und einer Vielzahl von Randbedingungen und Umwelteinflüssen unterworfen sind, was dazu führt, dass die kritischen Frequenzen, bei denen das Bremsenquietschen auftritt, weiter auseinander liegen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremsscheibe anzugeben, bei der das Bremsenquietschen besser als bisher unterdrückt werden kann.
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Dazu ist die erfindungsgemäße Bremsscheibe mit wenigstens einem Reibring und einem topfförmigen Trageteil, die näherungsweise rotationssymmetrisch ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe gleichzeitig wenigstens zwei Arten von Unrundheiten aufweist.
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Die erfindungsgemäße Bremsscheibe ist auf mehrere Arten gleichzeitig unrund, beispielsweise an der Innenkontur des Trageteils (Topf), an der Außenkontur des Trageteils, an der Innenkontur des Reibrings oder an der Außenkontur des Reibrings. Dabei kommt es darauf an, dass die Unrundheiten gleichzeitig vorgesehen sind, beispielsweise kann sowohl die Innenkontur des Reibrings als auch die Außenkontur des Reibrings unrund sein.
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Um die Doppelmoden bezüglich ihrer Frequenzlage voneinander zu trennen, wird die Symmetrie der Bremsscheibe gebrochen, was über die in dieser Erfindung vorgeschlagene, unrunde Scheibengeometrie erreicht wird. Die zu wählende Kontur wird an dieser Stelle von der Doppelmode bestimmt, die aufgrund eines Geräuschproblems verschoben werden soll. Ist also die Scheibenschwingung mit einer bestimmten Anzahl an nodalen Durchmessern (Anzahl der Knotenlinien) betroffen, so ist die Scheibengeometrie entsprechend zu gestalten.
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Nun liegen an der Bremse allerdings eine große Zahl an Randbedingungen und Umwelteinflüssen vor. So kann es vorkommen, dass bei einer Scheibentemperatur von x°K und einem Bremsdruck von y Pa ein Geräusch mit der Frequenz z Hz entsteht. Gleichzeitig kann die Bremse jedoch bei einer Temperatur von a°K und einem Bremsdruck von b Pa bei einer anderen Frequenz von c Hz quietschen. Beide Geräusche können zu Beanstandungen führen. Hierbei ist es gut möglich, dass das erste Geräusch auf eine Doppelmodenkopplung mit n Knotenlinien auf der Scheibe und das zweite Geräusch auf eine Doppelmodenkopplung mit k Knotenlinien zurückzuführen ist.
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Das Problem mit den Doppelmoden kann mit der wenigstens zweifach unrunden Bremsscheibe gelöst werden, indem die Asymmetrie, die zur ursprünglichen Trennung geführt hat, konstruktiv vergrößert wird. So kann beispielsweise eine Unrundheit des Außendurchmessers des Reibringes für die Trennung der für das erste Geräusch ursächlichen Doppelmode genutzt werden, und eine konstruktive Unrundheit des Innendurchmessers kann für die Trennung der Doppelmode genutzt werden, die für das zweite Geräusch ursächlich ist. So kann eine mehrfach unrunde Bremsscheibe genutzt werden, um die Geräuschproblematik eines Bremssystems abzustellen. Bei der Erfindung wird also die gezielte Beeinflussung (Kontrolle) der Eigenschwingformen zur Vermeidung von Komfortbeeinflussenden Schwingungen ausgenutzt. Eine solche unrunde Scheibengeometrie kann auch präventiv eingesetzt werden, um bestimmte Geräuschprobleme von vornherein auszuschließen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einer einteiligen Bremsscheibe die Innenkontur des Reibrings und die Außenkontur des Reibrings die zwei Unrundheiten aufweisen. Alternativ kann die Innenkontur des Trageteils und die Außenkontur des Trageteils die zwei Unrundheiten aufweisen. An diesen Stellen lässt sich in vorteilhafter Weise am einfachsten der Frequenzgang der Bremsgeräusche im Sinne der Erfindung beeinflussen.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einer einteiligen Bremsscheibe die Innenkontur oder die Außenkontur des Reibrings und die Innenkontur oder die Außenkontur des Trageteils die wenigstens zwei Unrundheiten aufweisen. Da die wenigstens zwei ohne Unrundheiten nicht an dem gleichen Bauteil, dem Reibring oder dem Tragteil, angebracht werden müssen, ergibt sich dadurch in vorteilhafter Weise ein weiterer Freiheitsgrad bei der Größe der vorzunehmenden Unrundheitsstrukturen da bei den beiden Bauteilen unterschiedlich viel Masse für die Beeinflussung zur Verfügung steht.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einer zweiteiligen Bremsscheibe mit einem ersten und einem zweiten Reibring die Innenkontur und die Außenkontur des ersten Reibrings oder die Innenkontur und die Außenkontur des zweiten Reibrings die wenigstens zwei Unrundheiten aufweisen, oder dass die Innenkontur oder die Außenkontur von einem der Reibringe und die Innenkontur oder die Außenkontur des anderen Reibrings die wenigstens zwei Unrundheiten aufweisen. Alternativ kann die Innenkontur oder die Außenkontur des ersten Reibrings oder des zweiten Reibrings und Innenkontur oder die Außenkontur des Trageteils die wenigstens zwei Unrundheiten aufweisen. Dadurch ergeben sich in vorteilhafter Weise bei zweiteiligen Bremsscheiben zusätzliche Freiheitsgrade bei der Beeinflussung des Frequenzgangs der Bremsscheiben.
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Bei der erfindungsgemäßen Bremsscheibe können die Unrundheiten Trochoide oder Wellen beliebiger Ordnung oder Polygone mit drei oder mehr Ecken aufweisen. Da die Form der Unrundeinheiten in großem Maße variiert werden kann, lässt sich das Maß der Unrundeinheit je nach Anwendungsfall in vorteilhafter Weise auf den Frequenzgang der von der Bremsscheibe abgegebenen Geräusche beeinflusst wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Bremsscheibe ist zur Trennung einer Doppelmode mit n Knotenlinien über dem Umfang, die Unrundheit der Bremsscheibe als 2n-Eck oder als 2n-Welle ausgeführt, wobei vorzugsweise die Ecken abgerundet sind. Hiermit wird die Kopplung der beiden Scheibenmoden erschwert und somit kann ein Geräuschphänomen gezielt abgestellt werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Unrundeinheiten auf die beiden Frequenzbereiche abgestimmt wird, die mit größter Wahrscheinlichkeit die unerwünschten Bremsquietschgeräusche verursachen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer einteiligen Bremsscheibe mit einem Reibring ohne Belüftung;
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2 eine schematische Darstellung einer einteiligen Bremsscheibe mit Belüftung;
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3 eine schematische Darstellung einer zweiteiligen Bremsscheibe mit Belüftung;
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4 eine schematische Draufsicht auf einen Reibring, wie er bei einer Bremsscheibe nach 1 verwendet wird;
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5 eine graphische Darstellung, bei der der Beschleunigungspegel gegen die Frequenz aufgetragen ist, wobei keine Unterdrückung für das Bremsquietschen vorgesehen ist;
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6 eine graphische Darstellung wie 5, wobei das Bremsquietschen in einem ersten, niedrigeren Frequenzbereich unterdrückt ist;
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7 eine graphische Darstellung wie 5, wobei das Bremsquietschen in einem zweiter Frequenzbereich, der bei höheren Frequenzen als der erste Frequenzbereich liegt, unterdrückt ist; und
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8 eine graphische Darstellung wie 5, wobei das Bremsquietschen in dem ersten und in dem zweiten Frequenzbereich unterdrückt ist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer einteiligen Bremsscheibe 2 mit einem Reibring 4 ohne Belüftung. Gemäß 1 umfasst die Bremsscheibe 2 einen Trageteil 6. Der Reibring 4 hat eine Innenkontur 8 und eine Außenkontur 10, und der Trageteil 6 hat eine Innenkontur 12 und eine Außenkontur 14. Bei dieser Struktur können die Unrundheiten an der Innenkontur 8 des Reibrings 4 und an der Außenkontur 10 des Reibrings 4 oder alternativ an der Innenkontur 12 des Trageteils 6 oder an der Außenkontur 14 des Trageteils 6 angebracht werden. Eine weitere Alternative besteht darin, dass die Innenkontur 8 des Reibrings 4 oder die Außenkontur 10 des Reibrings 4 gepaart mit der Innenkontur 12 des Trageteils 6 oder der Außenkontur 14 des Trageteils 6 mit den zwei Unrundheiten ausgestattet sind.
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Bei der Bremsscheibe 20 von 2, die eine einteilige Bremsscheibe mit Belüftung zeigt, ist eine innenseitige Reibringhälfte 22 und eine außenseitige Reibringhälfte 24 vorgesehen, die einstückig über Kühlrippen miteinander verbunden sind und Kühlkanäle 25 einschließen. Die Reibringhälften 22, 24 haben Innenkonturen 28 beziehungsweise 29 und Außenkonturen 30 beziehungsweise 31.
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Die Reibringhälften 22, 24 sind mit dem Trageteil 26 einstückig verbunden. Der Trageteil 26 hat seinerseits eine Innenkontur 32 und eine Außenkontur 34. Bei dieser Ausführungsform ergeben sich mehr Freiheitsgrade für die Entzerrung der Frequenzgänge, weil eine größere Anzahl von Stellen zur Verfügung steht, an denen die Unrundheiten angeordnet werden können, nämlich an den Innenkonturen 28, 29 und den Außenkonturen 30, 31 der Reibringhälften 22, 24 und auch an der Innenkontur 32 und der Außenkontur 34 des Trageteils 26.
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Bei der Bremsscheibe 40 von 3 sind zwei Reibringe 42, 44 vorgesehen, die einstückig über Kühlrippen 45 miteinander verbunden sind und Kühlkanäle einschließen. Die Reibringe 42, 44 sind ihrerseits mit einem Trageteil 46 über ein zusätzliches Verbindungselement 47 verbunden. Die Reibringe 42, 44 haben Innenkonturen 48 beziehungsweise 49 und Außenkonturen 50 beziehungsweise 51. Der Trageteil 46 hat eine Innenkontur 52 und eine Außenkontur 54. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel können die Innenkonturen 48, 49 und die Außenkonturen 50, 51 der Reibringe 42, 44 und auch die Innenkontur 52 und die Außenkontur 54 des Trageteils 46 mit den Strukturen für die Unrundheiten ausgerüstet sein.
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Die 4 zeigt die spezielle Ausführungsform, bei der die Unrundheit der Bremsscheibe aus einer 2n-eckigen Struktur an der Außenkontur 10 des Reibrings 2 mit einer ringförmigen runden Reibfläche 9, um eine Doppelmode mit n Kontenlinien über dem Umfang zu unterdrücken. Die Innenkontur 8 des Reibrings 2 ist als 2m-Eck ausgebildet, um eine Doppelmode mit m Knotenlinien über dem Umfang zu unterdrücken. Die Struktur der Umfangsformen für die Unrundheiten ist nicht auf die in 4 gezeigte Form beschränkt. Es können beliebige Trochoide oder Wellen beliebiger Ordnung oder Polygone mit drei oder mehr Ecken verwendet werden, wobei im Falle von Ecken, auch diese abgerundet sein können.
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5 zeigt eine graphische Darstellung, bei der der Beschleunigungspegel in dB gegen die Frequenz in Hz aufgetragen ist, wobei keine Kompensation für das Bremsquietschen vorgesehen ist, was an der Form der Spitzen P1 und P2 des Frequenzspektrums zu erkennen ist, da bei den Doppelmoden P1 und P2 die Spitzen P1', P1', P2' und P2'' des Frequenzspektrums dicht beieinander liegen.
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6 zeigt eine graphische Darstellung wie 5, wobei das Bremsenquietschen in einem ersten, niedrigeren Frequenzbereich an der Doppelmode P1 unterdrückt ist, indem die Spitzen P1' und P1'' der Doppelmode P1 durch eine Unrundheit an der Bremsscheibe im Frequenzspektrum auseinandergezogen sind.
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7 zeigt eine graphische Darstellung wie 5, wobei das Bremsenquietschen in einem zweiten, höheren Frequenzbereich an der Doppelmode P2 unterdrückt ist, indem die Spitzen P2' und P2'' der Doppelmode P2 durch eine Unrundheit an der Bremsscheibe im Frequenzspektrum auseinandergezogen sind.
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8 zeigt schließlich eine graphische Darstellung wie 5, wobei beide Doppelmoden P12 und P2 unterdrückt sind, indem sowohl die Spitzen P1' und P1'' der Doppelmode P1 als auch die Spitzen P2' und P2'' der Doppelmode P2 durch je eine Unrundheit an der Bremsscheibe im Frequenzspektrum auseinandergezogen sind.
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Wenn die Spitzen einer Doppelmode durch eine Unrundheit an der Bremsscheibe im Frequenzspektrum auseinandergezogen sind leisten sie keinen Energiebeitrag mehr an der Bremsscheibe, wobei das Geräusch, das ansonsten erzeugt würde, unterdrückt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Bremsscheibe
- 4
- Reibring
- 6
- Trageteil
- 8
- Innenkontur Reibring
- 9
- Reibfläche
- 10
- Außenkontur Reibring
- 12
- Innenkontur Trageteil
- 14
- Außenkontur Trageteil
- 20
- Bremsscheibe
- 22
- Reibringhälfte
- 24
- Reibringhälfte
- 25
- Kühlkanäle
- 26
- Trageteil
- 28
- Innenkontur Reibring
- 29
- Innenkontur Reibring
- 30
- Außenkontur Reibring
- 31
- Außenkontur Reibring
- 32
- Innenkontur Trageteil
- 34
- Außenkontur Trageteil
- 40
- Bremsscheibe
- 42
- Reibring
- 44
- Reibring
- 45
- Zwischenstück
- 46
- Trageteil
- 47
- Verbindungselement
- 48
- Innenkontur Reibring
- 49
- Innenkontur Reibring
- 50
- Außenkontur Reibring
- 51
- Außenkontur Reibring
- 52
- Innenkontur Trageteil
- 54
- Außenkontur Trageteil
- P1
- Doppelmode
- P1'
- Doppelmode
- P1''
- Doppelmode
- P2
- Doppelmode
- P2'
- Doppelmode
- P2''
- Doppelmode
- P3
- Doppelmode
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009017366 A1 [0005]
- GB 1140078 [0006]
