DE102011116601A1

DE102011116601A1 - Innenbelüftete Bremsscheibe

Info

Publication number: DE102011116601A1
Application number: DE102011116601A
Authority: DE
Inventors: Christopher Hantschke
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2013-04-25
Also published as: CN103062261B; US20130098717A1; CN103062261A

Abstract

Es wird eine innenbelüftete Bremsscheibe mit beidseitig angeordneten Reibringen (4, 14) vorgeschlagen, an deren Reibflächen (5) jeweils die Fußfläche (7) eines Bremsbelages (6) beim Bremsvorgang angreift und zwischen denen Kühlkanäle (13) zu am Umfangsrand der Bremsscheibe (1) befindlichen Kühlkanalöffnungen (15) verlaufen, wobei die Reibringe (4, 14) von ihren Reibflächen (5) zu den Kühlkanälen (13) führende Durchgangslöcher (10) haben. In mehreren gelochten Segmenten (2) der Reibringe (4, 14) sind die Durchgangslöcher (10) in der Segmentfläche verteilt angeordnet. Zwischen gelochten Segmenten (2) befinden sich ungelochte Segmente (3), deren Segmentflächen sich jeweils wenigstens über die Hälfte der Fußfläche (7) eines anliegenden Bremsbelages (6) erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft eine innenbelüftete Bremsscheibe gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es sind innenbelüftete Bremsscheiben bekannt, die zwischen zwei Reibringen ausgebildete Kühlkanäle haben. Mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit entstehen entsprechend hohe Luft-Strömungsgeschwindigkeiten in den Kühlkanälen, wodurch die Bremsscheibe gekühlt wird.
Um den an den Reibflächen der Reibringe einer innenbelüfteten Bremsscheibe anfallenden Bremsstaub über die Kühlkanäle abzusaugen, ist in der US 7 097 007 B2 vorgesehen, dass in den Reibflächen der Reibringe Nuten mit einliegenden Durchgangsschlitzen ausgebildet sind. Die Durchgangsschlitze führen zu den zwischen den Reibringen ausgebildeten Kühlkanälen, wodurch über diese Schlitze und aufgrund des in den Kühlkanälen herrschenden Unterdrucks eine Absaugung des Bremsstaubes im Bereich der Reibflächen erfolgen kann. Bei dieser bekannten Bremsscheibe sind die Nuten mit einliegenden Durchgangsschlitzen gleichmäßig verteilt über die Reibflächen der Reibringe angeordnet, weshalb ein beim Bremsvorgang anliegender Bremsbelag immer an einer genuteten Reibfläche anliegt. Derart genutete Reibflächen erfordern ein höheres Bremsdruckniveau gegenüber nicht genuteten Reibflächen, um eine gleichstarke Bremswirkung zu erzielen. Außerdem ist die Erreichung eines gleichmäßigen Belegverschleißes bei derartigen Bremsscheiben problematisch und es können auch akustische Probleme auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine innenbelüftete Bremsscheibe mit Durchgangslöchern zur Bremsstaubabsaugung zu schaffen, die möglichst gute Bremseigenschaften aufweist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 sind die beiden gegenüberliegenden Reibringe der Bremsscheibe in gelochte und ungelochte Segmente unterteilt, wobei die gelochten Segmente in der Segmentfläche verteilt angeordnete Durchgangslöcher haben, die zu den Kühlkanälen führen. In den zwischen den gelochten Segmenten befindlichen ungelochten Segmenten können beim Bremsvorgang die beiden gegenüberliegenden Bremsbeläge mit ihren Fußflächen eine entsprechend hohe Bremswirkung erzielen. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Segmentfläche eines ungelochten Segments sich wenigstens über die Hälfte der Fußfläche eines anliegenden Bremsbelages erstreckt. Durchläuft dann ein gelochtes Segment die Fußfläche des Bremsbelages erfolgt zumindest annähernd eine vollflächige Absaugung des Bremsstaubes, da die Durchgangslöcher in den gelochten Segmenten flächig verteilt angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße innenbelüftete Bremsscheibe erlaubt eine vollflächige Absaugung des anfallenden Bremsstaubes, der über die Kühlkanäle radial in Richtung Felgenbett ausgeworfen wird, so dass Verschmutzungen an den von außen sichtbaren Felgentaschen und/oder Felgenspeichen vermieden werden.
Bevorzugt sind die ungelochten Segmente jeweils so bemessen, dass diese maximal die gesamte Fußfläche eines anliegenden Bremsbelages überdecken, um eine möglichst vollständige Absaugung des anfallenden Bremsstaubes zu gewährleisten.
Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität der Bremsscheibe kann weiterhin vorgesehen sein, dass der äußere und innere Randbereich der gelochten Segmente ein oder mehrere Sacklöcher in der Reibfläche hat und frei von Durchgangslöchern ist. Die Anordnung der Sacklöcher in den Randbereichen erhöht einerseits die Stabilität und bewirkt außerdem, dass in diesen Randbereichen in den Sacklöchern Bremsstaub eingefangen und agglomerieren kann. Ein Teil des eingefangenen Bremsstaubes wird beim Überfahren der Löcher durch den Bremsbelag aus den Löchern in Richtung Bremsscheibenoberfläche herausgesaugt und anschließend von dort durch die Fliehkraftwirkung radial nach außen in Richtung Felgenbett geschleudert. Diese Wirkung ist insbesondere bei den im äußeren Randbereich der Reibflächen angeordneten Sacklöcher gegeben.
Die Verteilung der Löcher in den Reibflächen der Reibringe kann rotationssymmetrisch sein, so dass in jedem gelochten Segment eine identische Verteilung der Löcher innerhalb der Segmentfläche vorgesehen ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Verteilung der Löcher in jedem gelochten Segment geringfügig versetzt gegenüber den anderen gelochten Segmenten anzuordnen, um beispielsweise über einen gesamten Bremsscheibenumlauf sicherzustellen, dass die gesamte Fußfläche des Bremsbelages von Durchgangslöchern durchlaufen wurde. Die vollflächige Überdeckung der Fußfläche des Reibbelages mit Durchgangslöchern bei einem Bremsscheibenumlauf kann in diesem Fall mit weniger oder mit kleineren Durchgangslöchern erreicht werden als bei der Verwendung von gelochten Segmenten mit jeweils völlig identischer Positionierung der Durchgangslöcher.
Die gelochten und ungelochten Segmente können in etwa gleich große Teilkreisflächen der Reibflächen überdecken, wodurch sich eine entsprechend symmetrische Belastung der Bremsscheibe und auch eine gleichmäßige Bremsstaubabsaugung ergibt. Dabei können die Reibflächen der beiden Reibringe vorzugsweise drei gelochte Segmente besitzen, wobei aber auch vier oder mehr gelochte Segmente vorgesehen sein können. Insbesondere bei größeren Bremsscheiben können vier gelochte und vier ungelochte Segmente vorgesehen sein.
Bevorzugt bilden die Löcher in einem Segment zwei oder mehrere in Umlaufrichtung der Bremsscheibe hintereinander befindliche gerade oder gebogene Lochreihen, die gegenüber der Radialrichtung geneigt ausgerichtet sind. Die Durchgangslöcher jeder Lochreihe führen dabei vorzugsweise zu unterschiedlichen Kühlkanälen, so dass an jedem Durchgangsloch eine maximale Saugleistung aufgrund des im zugeordneten Kühlkanal vorhandenen Unterdrucks vorhanden ist.
Die Löcher innerhalb eines gelochten Segments sind in Umlaufrichtung gesehen auf Lücke versetzt angeordnet und befinden sich somit auf unterschiedlichen Kreisbahnen. Damit wird eine Optimierung der Absaugung an der Fußfläche des Reibbelages erreicht.
Die Löcher innerhalb eines Segments können auf Lücke so versetzt angeordnet sein, dass während des Bremsvorgangs wenigstens annähernd die gesamte Fußfläche eines anliegenden Bremsbelags von den Löchern durchlaufen wird. Damit kann bei einem vollständigen Bremsscheibenumlauf eine mehrfache vollflächige Absaugung des Bremsstaubs am Bremsbelag erfolgen.
Versuche haben ergeben, dass die Lochbahnen eines gelochten Segments sehr vorteilhaft auf Evolventen angeordnet sein können, um die gewünschte Absaugwirkung des Bremsstaubes und eine möglichst geringe Beeinträchtigung der Bremswirkung zu gewährleisten. Die von einer Lochreihe gebildete Evolvente kann dabei gegenüber der Radialrichtung in einem Winkelbereich von etwa 40° bis 60° geneigt ausgerichtet sein.
Um eine von den Lochrändern ausgehende Hobelwirkung an den Bremsbelägen zu reduzieren, sind die Löcher an der Reibfläche jeweils mit einer Fase versehen.
Die Durchgangslöcher können auch in schräg zur Umlaufrichtung der Bremsscheibe ausgerichteten Nuten einliegen, wobei auch dann angefaste Nutenränder zur Vermeidung eines Hobeleffekts in Bezug auf den anliegenden Bremsbelag vorteilhaft sind.
Grundsätzlich können dabei die gelochten bzw. ungelochten Segmente des einen Reibrings, in Reibringsumfangsrichtung gesehen, im Wesentlichen in etwa auf der gleichen Höhe auf dem anderen Reibring angeordnet sein. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindungsidee ist jedoch vorgesehen, dass die gelochten Segmente des einen Reibrings in Reibringumfangsrichtug gesehen bevorzugt versetzt zu den gelochten Segmenten des anderen Reibrings angeordnet sind, wodurch dann selbstverständlich auch die ungelochten Segmente des einen Reibrings in Reibringumfangsrichtung versetzt zu den ungelochten Segmenten des anderen Reibrings angeordnet sind. Mit einer derartigen wenigstens zum Teil versetzten Anordnung der Segmente, bezogen auf die beiden gegenüberliegenden Reibringseiten der Bremsscheibe, kann die Absaugwirkung pro Kühlkanal nochmals wesentlich erhöht werden. Insbesondere ist dies der Fall, wenn einem gelochten Segment des einen Reibrings, in Achsrichtung der Bremsscheibe gesehen, ein ungelochtes Segment des anderen Reibrings mehr oder weniger direkt bzw. unmittelbar gegenüberliegt, wodurch eine besonders effektive Absaugwirkung erzielt wird. Auch eine Reibwertausbringung über den Bremsscheibenumlauf kann durch die eben beschriebenen Maßnahmen vorteilhaft weiter optimiert werden. Gemäß einer hierzu besonders bevorzugten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass einem gelochten Segment eines topfseitigen Reibrings ein ungelochtes Segment eines stirnseitigen Reibrings gegenüberliegt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine vereinfachte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe mit anliegendem Bremsbelag,
2 eine räumliche Darstellung einer innenbelüfteten Bremsscheibe mit gelochten und ungelochtes Segmenten,
3 die stirnseitige Ansicht der Bremsscheibe von 2 und
4 die Schnittansicht der Bremsscheibe von 2 im Bereich eines Kühlkanals.
1 zeigt die vereinfachte Darstellung einer innenbelüfteten Bremsscheibe 1 mit einem in gelochte Segmente 2 und ungelochte Segmente 3 unterteilten Reibring 4, an dessen sichtbarer Reibfläche 5 ein Bremsbelag 6 beim Bremsvorgang mit seiner hier nicht sichtbaren Fußfläche 7 anliegt. An dem nicht sichtbaren rückseitigen Reibring der Bremsscheibe 1 liegt dabei ein ebenfalls hier nicht sichtbarer gegenüberliegender Bremsbelag an. Die Fußfläche 7 liegt nahezu vollständig innerhalb eines ungelochten Segments 3, wodurch eine maximale Bremskraft erreicht werden kann. Dreht sich die Bremsscheibe in Drehrichtung 8 weiter, so durchlaufen Löcher 9 des sich unter den Bremsbelag 6 hindurchdrehenden Segments 2 den Fußbereich 7 des Bremsbelags 6. Der Einfachheit halber sind nur einige dieser Löcher mit der Bezugszahl 9 gekennzeichnet. Die übrigen gelochten Segmente 2 besitzen entsprechende Löcher die als Durchgangslöcher 10 ausgebildet sein können.
Die am inneren und äußeren Rand des Reibrings 4 angeordneten Löcher können aus Stabilitätsgründen als Sacklöcher 11 ausgebildet sein, wie dies in 2 vorgesehen ist. In 2 sind die übrigen Löcher, die nicht mit der Bezugszahl 11 versehen sind, als Durchgangslöcher 10 ausgebildet, wobei jedes der Durchgangslöcher 10 zu einem Kühlkanal 13 führt. Die Vielzahl der Kühlkanäle 13 erstreckt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel in radialer Richtung zwischen dem oberen Reibring 14 und dem unteren Reibring 4. Bei rotierender Bremsscheibe 1 entsteht in den Kühlkanälen 13 ein Unterdruck, der zu einer Absaugung von Bremsstaub über die Durchgangslöcher 10 führt. Dabei wird der Bremsstaub von der Fußfläche 7 (s. 1) des Bremsbelags 6 über die Durchgangslöcher 10 zu den Kühlkanälen 13 abgesaugt und in Folge der Fliehkraft aus den Kühlkanalöffnungen 15 radial ausgeworfen. Damit eine möglichst vollflächige Absaugung an der Fußfläche 7 des Bremsbelags 6 erfolgt, sind die Durchgangslöcher 10 eines Segments 2 auf unterschiedlichen Radien angeordnet. Die Durchgangslöcher 10 sind somit in Umlaufrichtung auf Lücke versetzt innerhalb eines Segments 2 angeordnet. Das gleiche gilt für die Sacklöcher 11, da auch diese zur Aufnahme von Bremsstaub dienen.
Die Kühlkanäle 13 sind durch Stege 16 voneinander getrennt, über die die Reibringe 4, 14 miteinander verbunden sind.
In 3 ist die stirnseitige Ansicht der Bremsscheibe von 2 dargestellt, aus der insbesondere die radiale Verteilung der Sacklöcher 11 und der Durchgangslöcher 10 ersichtlich ist. An dem rechts dargestellten gelochten Segment 2 sind unterschiedliche Kreisbahnen R1 bis R12 mit unterbrochenen Linien dargestellt, die unterschiedliche radiale Abstände zur Mittelachse 17 der Bremsscheibe 1 haben. Hier ist ersichtlich, dass jedes der Durchgangslöcher 10 und Sacklöcher 11 des gelochten Segments 2 einen anderen radialen Abstand zur Mittelachse 17 hat. Damit wird eine flächige Verteilung der Löcher 10, 11 in der Weise erreicht, dass diese beim Bremsvorgang die gesamte Fußfläche 7 (s. 1) durchlaufen und somit dort vollflächig eine Bremsstaubentfernung mit überwiegender Bremsstaubabsaugung gewährleisten.
Die Löcher 10, 11 innerhalb eines gelochten Segments bilden drei in Umlaufrichtung 8 der Bremsscheibe 1 hintereinander befindliche gebogene Lochreihen 11 bis 13, die gegenüber der Radialrichtung vorzugsweise in einem Winkelbereich von etwa 40° bis 60° geneigt ausgerichtet sind.
In 3 sind außerdem Befestigungslöcher 18 im Bereich eines Befestigungsflansches 19 der Bremsscheibe 10 ersichtlich.
Der in 4 teilweise dargestellte Querschnitt durch die Bremsscheibe 1 von 2 im Bereich eines radial ausgerichteten Kühlkanals 13 zeigt Durchgangslöcher 10, die jeweils in den beiden gegenüberliegenden Reibringen 4, 14 angeordnet sind und von den zugehörigen Reibflächen 5 zum Kühlkanal 13 führen. Die Durchgangslöcher 10 sind als Durchgangsbohrungen ausgeführt und besitzen im Bereich der Reibfläche 5 am Lochrand eine Fase 20.
Wie in der 4 lediglich äußerst schematisch angedeutet, können die Durchgangslöcher 10 und damit die gelochten Segmente 2 bzw. ungelochten Segmente 3 in Bremsscheibenumfangsrichtung gesehen jeweils in etwa auf gleicher Höhe an den beiden Reibringen 4, 14 angeordnet werden. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, was in der 4 lediglich äußerst schematisch und strichliert eingezeichnet ist, dass die gelochten Segmente 2 des bevorzugt topfseitigen Reibrings 4 in Reibringumfangsrichtung gesehen versetzt zu den gelochten Segmenten 2 des anderen Reibrings 14 angeordnet sind, wodurch dann auch dementsprechend die ungelochten Segmente 3 des einen Reibrings in Reibringumfangsrichtung versetzt zu den ungelochten Segmenten 3 des anderen Reibrings angeordnet sind. Dadurch ergibt sich, was in der 4 wiederum ebenfalls lediglich äußerst schematisch und strichliert durch den Strömungspfeil dargestellt ist, eine in die Bildebene hinein versetzte, lange Strömungsführung, was zu einer optimalen Absaugwirkung führt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7097007 B2 [0003]

Claims

Innenbelüftete Bremsscheibe mit beidseitig angeordneten Reibringen (4, 14), die Reibflächen (5) haben, an denen jeweils die Fußfläche (7) eines Bremsbelages (6) beim Bremsvorgang angreift und zwischen denen Kühlkanäle (13) zu am Umfangsrand der Bremsscheibe (1) befindlichen Kühlkanalöffnungen (15) verlaufen, wobei in den Reibringen (4, 14) von ihren Reibflächen (5) zu den Kühlkanälen (13) führende Durchgangslöcher (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in mehreren gelochten Segmenten (2) der Reibringe (4, 14) die Durchgangslöcher (10) in der Segmentfläche verteilt angeordnet sind, und dass sich zwischen gelochten Segmenten (2) ungelochte Segmente (3) befinden, deren Segmentflächen sich jeweils wenigstens über die Hälfte der Fußfläche (7) eines anliegenden Bremsbelages (6) erstrecken.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ungelochten Segmente (3) jeweils so bemessen sind, dass diese maximal die gesamte Fußfläche (7) eines anliegenden Bremsbelages (6) überdecken.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere und innere Randbereich der gelochten Segmente (2) ein oder mehrere Sacklöcher (11) in der Reibfläche (5) aufweist und frei von Durchgangslöchern (10) ist.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Löcher (10, 11) in den Reibflächen (5) der Reibringe (4, 14) so angeordnet ist, dass sich wenigstens bei einem vollständigen Bremsscheibenumlauf eine vollständige Überdeckung der Löcher (10, 11) mit der Fußfläche (7) des zugehörigen Bremsbelages (6) ergibt.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Löcher (10, 11) in den Reibflächen (5) der Reibringe (4, 14) rotationssymmetrisch angeordnet ist.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gelochten und ungelochten Segmente (2, 3) in etwa gleich große Teilkreisflächen der Reibflächen (5) überdecken.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reibfläche (5) eines Reibrings (4, 14) drei bis vier gelochte Segmente (2) angeordnet sind.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (10, 11) in einem gelochten Segment (2) zwei oder mehrere in Umlaufrichtung (8) der Bremsscheibe (1) hintereinander befindliche gerade oder gebogene Lochreihen (L1 bis L3) bilden, die gegenüber der Radialrichtung vorzugsweise in einem Winkelbereich von etwa 40° bis 60° geneigt ausgerichtet sind.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (10, 11) innerhalb eines gelochten Segments (2) auf Lücke versetzt in unterschiedlichen radialen Abständen (R1 bis R12) von der Mittelachse (17) der Bremsscheibe (1) angeordnet sind.
Bremsscheibe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtheit der Löcher (10, 11) eines gelochten Segments (2) beim Bremsvorgang wenigstens annähernd die gesamte Fußfläche (7) eines anliegenden Bremsbelages (6) durchläuft.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochreihen (L1 bis L3) eines gelochten Segments (2) auf Evolventen verlaufen.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (10, 11) an der Reibfläche (5) jeweils eines Fase (20) haben.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (10) in schräg zur Umlaufrichtung (8) der Bremsscheibe (1) ausgerichteten Nuten mit angefasten Rändern einliegen.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Durchgangsloch (10) eines Reibbelages (4, 14) zu einem separaten Kühlkanal (13) führt.
Bremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gelochten Segmente (2) des einen Reibrings (4) in Reibringumfangsrichtung gesehen versetzt zu den gelochten Segmenten (2) des anderen Reibrings (14) angeordnet sind, wodurch auch die ungelochten Segmente (3) des einen Reibrings (4) in Reibringumfangsrichtung versetzt zu den ungelochten Segmenten (3) des anderen Reibrings (14) angeordnet sind.
Bremsscheibe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass einem gelochten Segment (2) des einen Reibrings (4), in Achsrichtung der Bremsscheibe (1) gesehen, ein ungelochtes Segment (3) des anderen Reibrings (14) gegenüberliegt, insbesondere einem gelochten Segment (2) eines topfseitigen Reibrings (4) wenigstens zum Teil ein ungelochtes Segment (3) eines stirnseitigen Reibrings (14) gegenüberliegt.