DE102013210700A1

DE102013210700A1 - Innenbelüftete Bremsscheiben

Info

Publication number: DE102013210700A1
Application number: DE102013210700.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Faulwasser; Rasmus Leicht; Matthias Dietrich; Jan Westphalen; Holger Mauch
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2014-12-11
Anticipated expiration: 2033-06-08
Also published as: DE102013210700B4

Abstract

Nach der Erfindung ist eine innenbelüftete Bremsscheibe für eine Scheibenbremse, mit zwei benachbart zueinander angeordneten Reibscheiben, die durch radial verlaufende, regelmäßig angeordnete Stege miteinander so verbunden sind, dass deren Zwischenräume mit Kühlluft durchströmbare gleich große Kühlkanäle ausbilden, in die von jeder Reibscheibe ausgehend, in radialer Richtung weiter außen beginnende, in Umfangsrichtung die Kühlkanäle halbierende, zueinander gerichtete Finnen hineinragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege in radialer Richtung auf Höhe der Finnen wenigstens eine Durchbrechung besitzen.

Description

Die bei einem Bremsvorgang an den Reibelementen einer Radbremse auftretende Reibungswärme muss zur Aufrechterhaltung der Bremswirkung und zur Vermeidung von Beschädigungen der Radbremse nach außen an die Umgebung abgeführt werden. Ansonsten kann es bei wiederholten Bremsvorgängen mit hoher Bremskraft zu einem Nachlassen der Bremswirkung, dem sogenannten Bremsen- Fading kommen. Dies ist, insbesondere bei Fahrten mit hohen Geschwindigkeiten, sowie auf längeren Gefällestrecken, unerwünscht.
Es besteht auch ein großes Interesse daran, eine Überhitzung der Reibelemente der Bremse, insbesondere der Bremsscheiben und Bremsbeläge zu verhindern. In diesem Zusammenhang ist es allgemein bekannt, die Reibelemente einer Radbremse zusätzlich zu kühlen, indem beispielsweise Fahrtwind an die Reibelemente geleitet wird.
Zur besseren Wärmeabfuhr werden innenbelüftete Bremsscheiben mit radialen Kühlöffnungen bzw. Stegen versehen, die zwischen beiden Reibflächen liegen. So entsteht bei sich drehender Bremsscheibe eine Zentrifugalkraft, die einen ständigen Luftzug von der Nabe durch die radialen Kühlöffnungen nach außen bewirkt. Dies begünstigt die Wärmeabfuhr. Trotz der höheren Baubreite und des höheren Gewichts hat sich diese Bremsscheibenbauweise für viele PKW durchgesetzt. Dabei gilt generell, je länger die radial angeordneten Stege sind, desto größer ist die Förderlänge des Luftstroms und desto besser ist auch die Kühlung.
Des Weiteren kann die Frequenz der Schwingungen bzw. der Biegung durch eine entsprechende Anordnung und Gestaltung der Stege gezielt verändert werden. Wird folglich die Schubsteifigkeit der Stege verändert, so ändert sich auch die Frequenzlage der Schwingungen und dementsprechend auch der jeweilige entstehende Geräuschpegel.
Um eine niedrigere Frequenz, also eine weichere Steggestaltung zu bewirken, sollten die Stege in Radialrichtung kürzer sein. Um eine höhere Frequenz zu erreichen, werden die Stege verdickt und somit eine höhere Steifigkeit erreicht.
Die DE 43 23 782 A1 beschreibt eine Bremsscheibe eines Kraftfahrzeuges, in welcher Kühlkanäle integriert sind, um die Bremsscheibe durch darin einströmende Luft zu kühlen. Dabei erstrecken sich die dazu notwenigen Stege radial von dem inneren zu dem äußeren Bereich. Außerdem sind abwechselnd kürzere und längere Stege angeordnet. Die Stege sind dabei gekrümmt und werden nach außen hin in ihrem Querschnitt breiter.
Weiteren Stand der Technik zeigt die DE 101 57 284 A1 , mit einer ebenfalls innenbelüfteten Bremsscheibe, welche über Lüftungskanäle aus Stegen zur Kühlung verfügt. Zur Optimierung erstreckt sich jeweils zwischen zwei Stegen vom Außendurchmesser der Bremsscheibe ausgehend mit etwa zwei Drittel der Länge der Stege eine Finne, die im Gegensatz zu den Stegen die beiden Reibscheiben nicht verbindet.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine innenbelüftete Bremsscheibe zu schaffen, welche im Hinblick auf Luftdurchsatz und Geräuschverminderung, je nach gewünschter Schwingungsfrequenz eine optimale Lösung ist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Weitere Ausbildungen der Erfindung beschreiben die abhängigen Ansprüche.
Nach der Erfindung ist eine innenbelüftete Bremsscheibe für eine Scheibenbremse, mit zwei benachbart zueinander angeordneten Reibscheiben, die durch radial verlaufende, regelmäßig angeordnete Stege miteinander so verbunden sind, dass deren Zwischenräume mit Kühlluft durchströmbare gleich große Kühlkanäle ausbilden, in die von jeder Reibscheibe ausgehend, in radialer Richtung weiter außen beginnende, in Umfangsrichtung die Kühlkanäle halbierende, zueinander gerichtete Finnen hineinragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege in radialer Richtung auf Höhe der Finnen wenigstens eine Durchbrechung besitzen.
Wird ein Kühlkanal einer Bremsscheibe derart gestaltet, dass sich in Kombination miteinander Finnen als kurze Halbstege und Stege mit einer Durchbrechung eines Teils ihrer Breite auf Höhe der Finnen abwechseln, hat das den Vorteil, dass die Schubsteifigkeit der Bremsscheibe verringert und die Frequenz der Schwingungen in niedrigere Bereiche verschoben wird. Eine solche Teildurchbrechung ist nur mittig in Umfangsrichtung im Steg angebracht, im Gegensatz zu einem vollunterbrochenen Steg, wo sich die Durchbrechung komplett von einem zum anderen Reibring erstreckt, das heißt auf der ganzen Breite des Stegs. Die kürzeren Finnen haben dabei die Aufgabe die Luftleitung im Bereich der Durchbrechung des Stegs zu gewährleisten und somit die Reduktion der Kühlleistung zu begrenzen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Kühlkanäle der Bremsscheibe derart gestaltet, dass abwechselnd Finnen und Stege mit einer oder mehreren Volldurchbrechungen angebracht sind. Die Finnen haben dabei ebenfalls die Aufgabe, die Luftleitung im Bereich der Durchbrechung der Stege zu gewährleisten und somit durch optimale Luftführung die Reduktion der Kühlleistung zu begrenzen. Bei einer derartigen Ausführungsform wird aufgrund der Kombination der Durchbrechung der Stege über ihre volle Breite mit den nicht miteinander verbundenen Finnen die Schubsteifigkeit der Bremsscheibe noch weiter verringert und die Frequenz der Schwingungen in noch niedrigere Bereiche verschoben.
Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen von verschiedenen Kombinationen von Stegen bieten jeweils für den erwünschten Frequenzzustand eine optimale Luftführung und somit eine gute Kühlleistung der Bremsscheibe.
Die in der ersten Ausführungsform gezeigte Teildurchbrechung von Stegen dient der modalen Verstimmung der Bremsscheibe zur Geräuschreduktion. Durch die Teildurchbrechung wird die Luftführung kaum beeinflusst, so dass vergleichbare Kühlleistungen wie bei Bremsscheiben mit Stegen ohne Durchbrechung und kurzen Halbstegen erreicht werden. Die ebenfalls in der ersten Ausführungsform verwendete Finne dient dem Ausgleich der durch die durchbrochenen Stege verursachten Strömungsverschlechterung, diese durchbrochenen Stege dagegen sind deswegen ausgeführt, um die Geometrie weicher zu gestalten.
Drei bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung einer Bremsscheibe sind in der beigefügten Zeichnung schematisch auf das Wesentliche beschränkt dargestellt. Es zeigen:
1: einen Teilquerschnitt einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe im Bereich des Reibrings, mit Finnen und Stegen mit einer Teildurchbrechung,
2: einen Teilquerschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Bremsscheibe im Bereich des Reibrings, mit Finnen und Stegen mit zwei Teildurchbrechungen,
3: eine Teilansicht der weiteren erfindungsgemäßen Bremsscheibe aus 2 im wesentlichen in radialer Richtung von außen auf beide Reibringe mit dazwischen liegenden Finnen und Stegen mit zwei Teildurchbrechungen und
4: einen Teilquerschnitt einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe im Bereich des Reibrings, mit Finnen und Stegen mit einer Vollunterbrechung.
Die 1, 2 und 4 zeigen auf der Innenseite einer ersten Reibscheibe 3 eine sich in Umfangsrichtung über deren Kreisringfläche geometrisch regelmäßig wiederholende Steg- und Finnenkombination aus Stegen 1a, 1b, 1c einer innenbelüfteten Bremsscheibe für Kraftfahrzeuge. Die Stege 1a, 1b, 1c verbinden die erste kreisringförmige Reibscheibe 3 mit einer zweiten, in den Teilquerschnitten nicht sichtbaren, in axialer Richtung benachbarten Reibscheibe 3', 3. Die beiden Reibscheiben 3, 3' der Bremsscheibe sind über die Stege 1a, 1b, 1c miteinander verbunden, wobei die Stege 1a, 1b, 1c gleichzeitig Kühlkanäle 2a, 2b, 2c begrenzen, die sich in Umfangsrichtung über die Kreisringflächen der Reibscheiben 3, 3' ebenfalls geometrisch regelmäßig wiederholen. Die Kühlkanäle 2a, 2b, 2c erstrecken sich jeweils von einen Innendurchmesser 8 der Reibscheiben 3, 3', am Beginn der Stege 1a, 1b, 1c in der Nähe eines Innenumfangsrands 4, bis zu einem Außendurchmesser 9 nahe an einem Außenumfangsrand 5 der Reibscheiben 3, 3' der Bremsscheibe.
Nicht dargestellt ist, dass die Bremsscheibe nach dem Stand der Technik über ihren Innenumfangsrand 4 an einem ebenfalls nicht dargestellten Radflansch einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs festlegbar ist.
Zwischen den jeweils gleich langen Stegen 1a, 1b, 1c der Reibscheiben 3, 3' erstrecken sich jeweils zwei kurze Finnen 1'a, 1'b, 1'c vom Außendurchmesser 9 nahe des Außenumfangsrands 5 der Reibscheiben 3, 3' in Richtung deren Innenumfangsrand 4. Die kurzen Finnen 1'a, 1'b, 1'c sind etwa halb so lang wie die Stege 1a, 1b, 1c und ragen spiegelsymmetrisch zur Mitte der Bremsscheibe jeweils von einer Reibscheibe 3, 3' ausgehend in den Zwischenraum zwischen den Reibscheiben 3, 3'.
Die Stege 1a, 1b, 1c weisen im Wesentlichen eine einheitliche Stegbreite auf und sind vorne und hinten abgerundet, während die Finnen 1'a, 1'b, 1'c nur an ihrem Ende Richtung Außendurchmesser 9 der Bremsscheibe abgerundet sind und an ihrem anderen Ende 7 nach innen spitz zulaufen.
Die Kühlkanäle 2a, 2b, 2c der Bremsscheibe sind derart gestaltet, dass sich, in Kombination miteinander, Finnen 1'a, 1'b, 1'c als kurze Halbstege und Stege 1a, 1b, 1c mit einer Durchbrechung auf Höhe der Finnen 1'a, 1'b, 1'c abwechseln. In 1 ist dies mit einer Teildurchbrechung 6 des Stegs 1a ausgeführt, das heißt, ein Teil der Breite des Stegs 1a ist zu den Finnen 1'a hin mit einer Öffnung durchbrochen und hat den Vorteil, dass die Schubsteifigkeit der Bremsscheibe verringert und die Frequenz der Schwingungen in niedrigere Bereiche verschoben wird. Eine solche Teildurchbrechung 6 ist nur mittig in Umfangsrichtung im Steg 1a angebracht.
In den 2 und 3 ist eine Ausführung mit zwei Teildurchbrechungen 6, 6a ausgeführt. Hier ist ein Teil der Breite des Stegs 1b zu den Finnen 1'b hin mit zwei in radialer Richtung beabstandeten Öffnungen mittig in Umfangsrichtung im Steg 1b durchbrochen. Die Frequenz der Schwingungen wird dadurch in noch niedrigere Bereiche verschoben.
Weiter zeigt 4 eine Ausführungsform der Erfindung mit vollunterbrochenem Steg 1c. Hier erstreckt sich die Durchbrechung 6c komplett von einem zum anderen Reibring 3, 3', das heißt auf der ganzen Breite des Stegs 1c.
Die kürzeren Finnen 1'a, 1'b, 1'c haben dabei in allen Ausführungsformen die Aufgabe, die Luftleitung im Bereich der Durchbrechungen 6, 6a, 6c der Stege 1a, 1b, 1c zu gewährleisten und somit die Reduktion der Kühlleistung der Bremsscheibe zu begrenzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4323782 A1 [0006]
DE 10157284 A1 [0007]

Claims

Innenbelüftete Bremsscheibe für eine Scheibenbremse, mit zwei benachbart zueinander angeordneten Reibscheiben (3, 3'), die durch radial verlaufende, regelmäßig angeordnete Stege (1a, 1b, 1c) miteinander so verbunden sind, dass deren Zwischenräume mit Kühlluft durchströmbare gleich große Kühlkanäle (2a, 2b, 2c) ausbilden, in die von jeder Reibscheibe (3, 3') ausgehend, in radialer Richtung weiter außen beginnende, in Umfangsrichtung die Kühlkanäle halbierende, zueinander gerichtete Finnen (1'a, 1'b, 1'c) hineinragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (1a, 1b, 1c) in radialer Richtung auf Höhe der Finnen (1'a, 1'b, 1'c) wenigstens eine Durchbrechung (6) besitzen.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (1a, 1b, 1c) auf Höhe der Finnen (1'a, 1'b, 1'c) zwei in radialer Richtung nebeneinander liegende Durchbrechungen (6, 6a) besitzen.
Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (1a, 1b, 1c) von nahe eines Außenumfangsrands (5) bis in die Nähe eines Innenumfangsrands (4) der Bremsscheibe verlaufen.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Finnen (1'a, 1'b, 1'c) in radialer Richtung höchstens die halbe Länge der Stege (1a, 1b, 1c) besitzen.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußeren Enden von Finnen (1'a, 1'b, 1'c) und Stegen (1a, 1b, 1c) auf demselben Kreisumfang (9) liegen.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die radial inneren Enden (7) der Finnen (1'a, 1'b, 1'c) angespitzt sind und auf demselben Kreisumfang liegen.