DE102013225538A1

DE102013225538A1 - Bremsscheibe mit Innenbelüftung

Info

Publication number: DE102013225538A1
Application number: DE102013225538.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Faulwasser; Rasmus Leicht; Clement Huon; Jan Westphalen; Holger Mauch; Matthias Dietrich; Wolfgang Lindenmüller
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2033-12-12
Also published as: DE102013225538B4

Abstract

Nach der Erfindung ist eine innenbelüftete Bremsscheibe für eine Scheibenbremse, mit zwei benachbart zueinander angeordneten Reibscheiben, die durch radial verlaufende, regelmäßig angeordnete von nahe eines Außenumfangsrands bis nahe eines Innenumfangrands der Reibscheiben verlaufende Stege miteinander so verbunden sind, dass deren Zwischenräume mit Kühlluft durchströmbare gleich große Kühlkanäle ausbilden, die durch weitere, kürzere Stege oder durch von jeder Reibscheibe ausgehende, zwischen diese hineinragende, zueinander gerichtete, kürzere Finnen so unterteilt sind, dass sich in einem Bereich nahe des Innenumfangrands der Reibscheiben, mittig zwischen den Stegen, ein kürzerer, radial gerichteter Steg oder zwei sich gegenüberliegende, ebenso platzierte Finnen befinden, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlkanäle, in radialer Richtung vom kürzeren Steg oder den kürzeren Finnen nach außen gerichtet, in drei Strömungskanäle aufteilen, indem in jedem Kühlkanal, in Umfangsrichtung zu dem kürzeren Steg oder den zwei gegenüberliegenden Finnen in Umfangsrichtung versetzt, zwei erste weitere kürzere Stege oder zwei Paare von sich gegenüberliegenden ersten weiteren Finnen angeordnet sind.

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 Kühlkanälen 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.
Das deutsche Gebrauchsmuster G 87 09 406.1 beschreibt eine Bremsscheibe eines Kraftfahrzeuges, in welcher Kühlkanäle integriert sind, um die Bremsscheibe durch darin einströmende Luft zu kühlen. Dabei erstrecken sich einige dazu notwenigen Stege radial von dem inneren zu dem äußeren Bereich der Reibscheiben. Außerdem sind abwechselnd kürzere und längere Stege angeordnet.
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 die Kühlung 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 von nahe eines Außenumfangsrands bis nahe eines Innenumfangrands der Reibscheiben verlaufende Stege miteinander so verbunden sind, dass deren Zwischenräume mit Kühlluft durchströmbare gleich große Kühlkanäle ausbilden, die durch weitere, kürzere Stege oder durch von jeder Reibscheibe ausgehende, zwischen diese hineinragende, zueinander gerichtete, kürzere Finnen so unterteilt sind, dass sich in einem Bereich nahe des Innenumfangsrands der Reibscheiben, mittig zwischen den Stegen, ein kürzerer, radial gerichteter Steg oder zwei sich gegenüberliegende, ebenso platzierte Finnen befinden, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlkanäle, in radialer Richtung vom kürzeren Steg oder den kürzeren Finnen nach außen gerichtet, in drei Strömungskanäle aufteilen, indem in jedem Kühlkanal, in Umfangsrichtung zu dem kürzeren Steg oder den zwei gegenüberliegenden Finnen in Umfangsrichtung versetzt, zwei erste weitere kürzere Stege oder zwei Paare von sich gegenüberliegenden ersten weiteren Finnen angeordnet sind.
Eine solche Anordnung und Gestaltung von Kühlkanälen zwischen den Reibscheiben ergibt eine große Rippendichte. Je größer diese ist, desto größer ist auch die Kühlfläche und desto besser können auftretende Temperaturspitzen ausgeglichen werden, was zu einer optimierten Kühlung der Bremsscheibe führt. Die vorgeschlagene Kühlkanalanordnung, welche die Oberfläche zur Kühlung der Bremsscheibe vergrößert erhöht damit vorteilhafterweise die Kühlleistung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Kühlkanäle der Bremsscheibe derart gestaltet, dass sich diese in radialer Richtung von den ersten weiteren kürzeren Stegen oder den ersten weiteren Finnen nach außen gerichtet, in vier Strömungskanäle aufteilen, indem in jedem Kühlkanal, in Umfangsrichtung zu den ersten weiteren kürzeren Stegen oder den ersten weiteren Finnen versetzt, drei zweite weitere kürzere Stege oder drei sich gegenüberliegende zweite weitere Finnenpaare angeordnet sind. Vorteilhafterweise können so, abhängig von dem verfügbaren Abstand zwischen den Stegen und dem radialen Ausmaß der Reibflächen, die kürzeren Stege in ihrer Anzahl, in radialer Richtung nach außen gesehen, um jeweils einen kürzeren Steg vermehrt werden. Die Anordnung der Kühlkanäle ermöglicht dann eine erhöhte Anzahl an kürzeren Stegen oder kürzeren Finnen und damit eine noch größere Kühlfläche, die den Temperaturhub erniedrigt. Die ungleichmäßigen Temperaturen in tangentialer Richtung der Bremsscheibe werden dadurch gleichmäßiger. Zudem kann die Ablösung der Strömung auf der Leeseite der Stege oder Finnen reduziert und damit die Oberflächenausnutzung der Luftströmung erhöht werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die radialen Abstände der kürzeren Stege oder der kürzeren Finnenpaare zu den zwei ersten weiteren kürzeren Stegen oder zu den sich gegenüberliegenden ersten weiteren Finnenpaare und von diesen zu den zweiten weiteren kürzeren Stegen oder sich gegenüberliegenden zweiten weiteren Finnenpaare innerhalb der Kühlkanäle kreisförmige Durchbrechungen ergeben, mit dem Kreismittelpunkt in der Bremsscheibenmitte. Dadurch kann sehr günstig eine Ablösung der Strömung auf der Leeseite der Stege oder Finnenpaare reduziert und damit die Oberflächenausnutzung der Luftströmung erhöht werden. Von Vorteil ist weiterhin, wenn die radial äußeren Enden von Finnenpaaren und Stegen auf demselben Kreisumfang in der Nähe des Außenumfangrands der Bremsscheibe liegen. Dies trifft auch auf die radial inneren Enden von Finnenpaaren und Stegen zu, die vorteilhafterweise auf demselben Kreisumfang in der Nähe des Innenumfangrands der Bremsscheibe liegen.
Zwei 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 halben Bremsscheibe mit zwei Reihen kürzerer Stege und
2: einen Teilquerschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Bremsscheibe im Bereich des Reibrings, mit drei Reihen kürzerer Stege.
Die 1 zeigt auf der Innenseite einer ersten Reibscheibe 3 einer Bremsscheibe 10 eine sich in Umfangsrichtung über deren Kreisringfläche geometrisch regelmäßig wiederholende Stegkombination aus Stegen 1a und kürzeren Stegen 1b, 1c der innenbelüfteten Bremsscheibe 10 für ein Kraftfahrzeug. Die Stege 1a, 1b, 1c verbinden die erste kreisringförmige Reibscheibe 3 mit einer zweiten, in dem Teilquerschnitt nicht sichtbaren, in axialer Richtung benachbarten Reibscheibe. Die Reibscheibe 3 ist mit der benachbarten Reibscheibe der Bremsscheibe 10 über die Stege 1a und die kürzeren Stege 1b, 1c verbunden, wobei die Stege 1a gleichzeitig Kühlkanäle 2 begrenzen, die sich in Umfangsrichtung über die Kreisringflächen der Reibscheiben 3 ebenfalls geometrisch regelmäßig wiederholen. Die Kühlkanäle 2 erstrecken sich jeweils von einem Innendurchmesser 8 an den Reibscheiben 3, am Beginn der Stege 1a in der Nähe eines Innenumfangrands 4 der Reibscheiben 3, bis zu einem Außendurchmesser 9 nahe an einem Außenumfangsrand 5 der Reibscheiben 3 der Bremsscheibe 10.
Die Bremsscheibe 10 ist nach dem Stand der Technik über ihren Innenumfangsrand 4 an einem Bremsscheibentopf 11 und über diesen an einem nicht dargestellten Radflansch einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs festgelegt.
In Umfangsrichtung mittig in jedem Kühlkanal 2 zwischen den jeweils gleich langen Stegen 1a innerhalb der Reibscheiben 3 erstreckt sich jeweils der kurze Steg 1b vom Innendurchmesser 8 nahe des Innenumfangsrands 4 der Reibscheiben 3 in Richtung deren Außenumfangsrand 5 bis zu einem ersten Durchmesser 12 der Reibscheiben 3. Von diesem ausgehend, erstrecken sich radial weiter nach außen bis zum Außendurchmesser 9 hin, zwei innerhalb des Kühlkanals 2 in Umfangsrichtung zum kurzen Steg 1b versetzte, erste weitere kurze Stege 1c, einer nach links, der andere nach rechts versetzt. Die ersten weiteren kurzen Stege 1c teilen die Kühlkanäle 2, in radialer Richtung vom kürzeren Steg 1b nach außen gerichtet, in drei Strömungskanäle 1c', 1c'', 11c''' auf.
Alle Stege 1a, 1b, 1c weisen im Wesentlichen eine einheitliche Stegbreite auf und sind vorne und hinten abgerundet. Dabei liegen die radial äußeren Enden der jeweiligen Stege 1a, 1c auf demselben Kreisumfang 9 in Richtung des Außenumfangrands 5 und die radial inneren Enden der jewiligen Stege 1a, 1b auf demselben Kreisumfang 8 in Richtung des Innenumfangrands 4 der Bremsscheibe 10. Alternativ zu den kürzeren und ersten weiteren kürzeren Stegen 1b, 1c können die Kühlkanäle 2 auch durch nicht gezeichnete, von jeder Reibscheibe 3 ausgehende, zwischen diese hineinragende, zueinander gerichtete, kürzere Finnen entsprechend unterteilt sein.
2 zeigt eine Bremsscheibe 10, deren Kühlkanäle 2 sich, in radialer Richtung von den ersten weiteren kürzeren Stegen 1c nach außen gerichtet, in vier Strömungskanäle 1d', 1d'', 1d''', 1d'''' aufteilen, indem in jedem Kühlkanal 2, in Umfangsrichtung zu den ersten weiteren kürzeren Stegen 1c versetzt, drei zweite weitere kürzere Stege 1d angeordnet sind. Auf diese Weise ergeben sich drei Reihen von kürzeren Stegen 1b, 1c, 1d in radialer Richtung. Die kürzeren Stege 1b, 1c, 1d werden dabei in Abhängigkeit von dem verfügbaren Abstand in Umfangsrichtung zwischen den Stegen 1a in ihrer Zahl, je Reihe radial nach außen immer um einen zusätzlichen Steg erhöht.
Es sei noch angemerkt, dass die radialen Abstände der kürzeren Stege 1b zu den zwei ersten weiteren kürzeren Stegen 1c und von diesen zu den drei zweiten weiteren kürzeren Stegen 1d innerhalb der Kühlkanäle 2 kreisförmige Durchbrechungen der Reihen von kürzeren Stegen 1b, 1c, 1d ergeben, mit dem Kreismittelpunkt in der Mitte der Bremsscheibe 10. Die kürzeren 1b und ersten weiteren kürzeren Stege 1c enden und beginnen also, in radialer Richtung gesehen, jeweils auf demselben Kreisumfang 12. Ebenso die ersten weiteren kürzeren Stege 1c und die zweiten weiteren kürzeren Stege 1d auf demselben weiteren Kreisumfang 13.
Es kann natürlich auch vorgesehen sein, dass, in radialer Richtung nach außen eine oder mehrere weitere Reihen kürzerer Stege eingebracht sind, entsprechend der in den Ansprüchen definierten Regelmäßigkeit in Umfangsrichtung, je nach vorgesehenem Außendurchmesser der Bremsscheibe. Außerdem ist durchaus denkbar, dass zum Beispiel jeder zweite regelmäßig angeordnete Steg 1a, sofern die Festigkeit der Bremsscheibe 10 dies zulässt, ersetzt ist durch ebenso angeordnete, von jeder Reibscheibe 3 ausgehende, zwischen diese hineinragende, zueinander gerichtete Finnen, die die Reibscheiben 3 nicht miteinander verbinden. Auch können am Innenumfang der Bremsscheibe 10, ohne die Erfindung zu verlassen, bereits mehrere kürzere Stege 1b in Umfangsrichtung nebeneinander im Kühlkanal 2 vorgesehen sein, die dann nach außen, entsprechend der in den Ansprüchen definierten Regelmäßigkeit in Umfangsrichtung, durch entsprechend viele erste bzw. zweite bzw. folgende weitere kürzere Stege ergänzt sind.
Da alle Stege 1a, 1b, 1c, 1d laufrichtungsunabhängig sind, ist eine Links-, als auch eine Rechtsdrehung der Bremsscheibe 10 möglich. Durch die gestufte Anordnung der kurzen Stege 1b, 1c, 1d kann die Stegdichte homogenisiert werden, was zu einer Reduktion der Maximaltemperatur der Bremsscheibe 10 führt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 8709406 U [0006]
DE 10157284 A1 [0007]

Claims

Innenbelüftete Bremsscheibe (10) für eine Scheibenbremse, mit zwei benachbart zueinander angeordneten Reibscheiben (3), die durch radial verlaufende, regelmäßig angeordnete Stege (1a), insbesondere mit dazwischen liegenden, ebenso angeordneten, von jeder Reibscheibe (3) ausgehenden, zwischen diese hineinragenden, zueinander gerichteten Finnen, miteinander verbunden sind, wobei die Stege (1a) von nahe eines Außenumfangsrands (5) bis nahe eines Innenumfangrands (4) der Reibscheiben (3) verlaufen und diese so durch die Stege (1a) verbunden sind, dass deren Zwischenräume mit Kühlluft durchströmbare gleich große Kühlkanäle (2) ausbilden, die durch weitere, kürzere Stege (1b, 1c, 1d) oder durch von jeder Reibscheibe (3) ausgehende, zwischen diese hineinragende, zueinander gerichtete, kürzere Finnen so unterteilt sind, dass sich in einem radialen Bereich nahe des Innenumfangrands (4) der Reibscheiben (3) mittig zwischen den Stegen (1a) wenigstens ein kürzerer Steg (1b) oder zwei sich gegenüberliegende Finnen befinden, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühllkanäle (2), in radialer Richtung vom kürzeren Steg (1b) oder den kürzeren Finnen nach außen gerichtet, in wenigstens drei Strömungskanäle (1c', 1c'', 1c''') aufteilen, indem in jedem Kühlkanal (2), in Umfangsrichtung zu jedem kürzeren Steg (1b), oder jeden zwei gegenüberliegenden Finnen, versetzt, zwei erste weitere kürzere Stege (1c) oder sich gegenüberliegende erste weitere Finnen angeordnet sind.
Innenbelüftete Bremsscheibe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühllkanäle (2), in radialer Richtung von den ersten weiteren kürzeren Stegen (1c) oder den ersten weiteren Finnen nach außen gerichtet, in vier Strömungskanäle (1d', 1d'', 1d''', 1d'''') aufteilen, indem in jedem Kühlkanal (2), in Umfangsrichtung zu den ersten weiteren kürzeren Stegen (1c), oder den ersten weiteren Finnen, versetzt, drei zweite weitere kürzere Stege (1d) oder sich gegenüberliegende zweite weitere Finnen angeordnet sind.
Innenbelüftete Bremsscheibe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Abstände der kürzeren Stege (1b), oder der kürzeren Finnen, zu den zwei ersten weiteren kürzeren Stegen (1c), oder zu den sich gegenüberliegenden ersten weiteren Finnen, und von diesen zu den drei zweiten weiteren kürzeren Stegen (1d), oder sich gegenüberliegenden zweiten weiteren Finnen, innerhalb der Kühlkanäle (2) kreisförmige Durchbrechungen ergeben, mit dem Kreismittelpunkt in der Mitte der Bremsscheibe (10).
Bremsscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußeren Enden von Finnen und Stegen (1a, 1c bzw. 1d) auf demselben Kreisumfang (9) in der Nähe des Außenumfangrands (5) der Bremsscheibe (10) liegen.
Bremsscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radial inneren Enden von Finnen und Stegen (1a, 1b) auf demselben Kreisumfang (8) in der Nähe des Innenumfangrands (4) der Bremsscheibe (10) liegen.
Bremsscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte radial innere Enden von Finnen und Stegen (1a, 1b) auf demselben Kreisumfang (8) in der Nähe des Innenumfangrands (4) der Bremsscheibe (10) liegen.