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Die Erfindung betrifft eine Abdeckung für eine Bremse oder einen Bereich einer Bremse oder ein Rad eines Fahrzeuges, insbesondere ein Bremsabdeckblech.
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Das Radlager und die Bremsen eines Fahrzeuges sollten weitestgehend gegen äußere Einflüsse, wie Wasser, Schmutz und mechanische Beschädigungen, geschützt werden. Bekannt sind dafür beispielsweise Bremsabdeckbleche die an Fahrzeugen, beispielsweise PKWs im Bereich der Bremse eingesetzt werden, um diese vor Verschmutzung zu schützen.
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Derartige Bremsabdeckbleche weisen eine im Wesentlichen kreisförmige Form auf, wobei die Bremsabdeckbleche mit Aussparungen für deren gestellfeste Befestigung versehen sind.
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Aus der Druckschrift (1)
DE 44 31 247 C1 ist ein eine Scheibenbremse tragender Achsschenkel eines Vorderrades von einem Kraftwagen ersichtlich, der separat also nicht in seiner Einbaulage gezeigt ist. Auf der Radseite neben dem Achsschenkel ist ein Bremsabdeckblech unbeweglich am Achsschenkel
1 befestigt, das in üblicher Weise eine Kreisform bzw. Topfform aufweist und koaxial zur Drehachse des Rades angeordnet ist. Aus einem vorderen oberen Umfangsbereich des Bremsabdeckblechs ist eine etwa segmentförmige Öffnung ausgespart, in der ein Bremssattel üblicher Bauart von zwei nach vorn auskragenden Hebelarmen des Achsschenkels
1 gehalten ist. Aus dem Bremssattel sind ein Bremsschlauch und eine Signalleitung für eine Bremsbelagverschleißanzeige herausgeführt, die in einem Abstand oberhalb der Drehachse nach hinten geführt sind und auf der radabgewandten Seite am Achsschenkel vorbei verlegt sind. Um im Fahrbetrieb eine verbesserte Fahrtwind-Kühlung der innenbelüfteten Scheibenbremse sowie des Radlagers zu ermöglichen, ist aus dem Bremsabdeckblech eine längliche Durchtrittsöffnung ausgespart, die etwa diagonal zum Bremssattel im hinteren unteren Bereich des Bremsabdeckblechs zwischen einem Innenumfang der nicht gezeigten Bremsscheibe und dem Außenumfang des nicht gezeigten Radlagers angeordnet ist. Dabei ist die Durchtrittsöffnung über ihre Länge etwa parallel zum Kreisumfang des Bremsabdeckblechs gekrümmt. Damit die aus der Fahrtrichtung ankommende Kühlluft in Axialrichtung durch die Durchtrittsöffnung hindurch umgelenkt wird, ist seitlich neben der Durchtrittsöffnung ein schaufelartig gekrümmtes Luftleitblech angeordnet, das über seine Länge parallel zur Durchtrittsöffnung gekrümmt ist. Das Luftleitblech weist über seinen Querschnitt gesehen ebenfalls einen gekrümmten Schaufelquerschnitt auf, wodurch die Kühlluft, um insgesamt 90° umgelenkt wird und somit durch die Durchtrittsöffnung hindurch auf die Bremsscheibe geleitet wird. Das Luftleitblech ist einteilig mit dem Leitungshalter ausgebildet. Durch die achsschenkelfeste und damit auch radfeste Anbringung des Luftleitbleches soll die erwünschte Kühlung auch bei eingeschlagenen Rädern und bei geringen Kühlluftmengen funktionieren. Durch die relativ große Durchtrittsöffnung ist kein zuverlässiger Schutz gegen Verschmutzung und Spritzwasser mehr gegeben. Das zusätzliche Luftleitblech stellt einen erhöhten konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand dar.
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Auch aus der Druckschrift (2)
DE 43 44 051 A1 ist eine Schutzabdeckung bekannt, die an einem nichtdrehenden Achsteil befestigt ist und die in der Radfelge angeordnete Bremsscheibe gegen Verschmutzung schützt. Die Schutzabdeckung ist ein im Wesentlichen kreisscheibenförmiges Bauteil, dessen Außendurchmesser etwas geringer bemessen ist als die lichte Weite der Radfelge im Bereich dieser Schutzabdeckung. Sie weist über ihre Kreisscheibenfläche verteilt angeordnete schlitzförmige Luftdurchtritte auf, welche durch aus der Scheibenebene zur einen und zur anderen Scheibenseite hin ausgestellte, radial ausgerichtete Stege gebildet sind. Die Schutzabdeckung ist als tiefgezogenes und gestanztes Metallblechteil ausgebildet, bei dem die schlitzbildenden ausgestellten Stege durch im Stegbreitenabstand nebeneinander angeordnete, von radialen Einschnitten begrenzte Blechbereiche gebildet sind, welche ihrerseits aus der Blech- bzw. Scheibenebene wechselweise zur einen und zur anderen Seite herausgedrückt sind. Durch die besondere Art der Schlitzbildung soll erreicht werden, dass einerseits die beim Bremsen erhitzte Bremsscheibe intensiv luftgekühlt wird, weil über die durch die ausgestellten Stege gebildeten schlitzförmigen Luftdurchtritte ein wirkungsvoller Luftaustausch stattfinden kann, andererseits nach wie vor eine quasi vollflächige Abdeckung der Bremsscheibe und damit ein sehr wirkungsvoller Schutz gegen grobe Verschmutzung und gegen Spritzwasser gewährleistet werden. In Fahrbetrieb wird durch die relativ großen Schlitze nicht der erforderliche Schutz gewährleistet. Weiterhin können durch die Schlitze unerwünschte Geräusche in Fahrbetrieb entstehen und die Stabilität der Schutzabdeckung wird stark beeinträchtigt.
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Eine Vorrichtung zum Kühlen von Scheibenbremsen an Fahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, mit geschlossenen Rädern wird in der Druckschrift (4)
DE 1 961 139 A beschrieben. Dazu ist die Radschüssel im Bereich ihres größten Durchmessers mit einer umlaufenden nach innen offenen Ausbauchung versehen, in der radial angeordnete Schaufeln vorgesehen sind. In Drehrichtung des Rades gesehen ist vor dem Bremssattel ein radiales, feststehendes Staublech angeordnet ist, das den zwischen den Schaufeln und dem von dem Bremssattel umgriffenen Teil der Bremsscheibe gelegenen Raum im Wesentlichen ausfüllt. Durch das Anbringer der Schaufeln und die Verwendung eines zusätzlichen Staubleches ist diese Lösung relativ aufwendig.
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Eine Trommelbremse mit einem Bremsabdeckblech wird auch in der Druckschrift (3)
DE 4139807 A1 beschrieben. Das dort verwendete Bremsabdeckblech (auch als Staubblechabdeckung bezeichnet) weist Durchtrittsöffnungen auf, welche im Bereich eines Nachstellrades für eine Bedienperson sichtbar gelegen sind. Die Anordnung der für eine Bedienungsperson sichtbaren Durchtrittsöffnungen für das Nachstellwerkzeug soll ein besonders einfaches Nachstellen des Bremsbelages in Richtung auf die Bremstrommel hin und eine einfache Sichtkontrolle des Verschleißes des Bremsbelages ermöglichen.
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Ein Bremsenabdeckteil, das dazu dient, eine Bremsscheibe der Fahrzeugbremse an ihrer zu einem Fahrzeugaufbau weisenden Seite abzudecken wird auch in der Druckschrift
DE 101 55 645 A1 beschrieben. Dieses umfasst ein radial innenliegendes Innenringsegment und ein radial weiter außen liegendes Außenringsegment. Die beiden Ringsegmente sind konzentrisch zueinander angeordnet und fest miteinander verbunden. Zur weiteren Versteifung weist das Innenringsegment eine Vielzahl von im wesentlichen radial ausgebildeten, miteinander verbundenen Rippen auf, die mäanderförmig, wellig um das Zentrum des Innenringsegments verlaufen. Einige der Rippen weisen an ihrem radial innenliegenden Ende eine Verbreiterung auf, in der jeweils eine Befestigungsöffnung zur fahrzeugseitigen Fixierung des Bremsenabdeckteils ausgebildet ist. An dem Außenringsegment sind ebenfalls umlaufende Rippen ausgebildet, von denen zwei Rippen jeweils zur Außenseite des Bremsenabdeckteils hervorstehen. Dabei sind die Rippen auf zwei im Wesentlichen konzentrischen Kreisbögen angeordnet. Während die etwas weiter innenliegende und zur Bremsscheibenseite vorstehende Rippe sich über den gesamten Bogenwinkel des Außenringsegments erstreckt, ist der außenliegende Rippenzug unterbrochen, so daß über den Bogenwinkel zwei Rippen vorhanden sind, die am weitesten an dem Bremsenabdeckteil nach außen vorstehen.
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Es ist weiterhin bekannt, Bremsscheiben mit in großen Abstand zueinander angeordneten von radial innen nach radial außen gerichteten Rippen bzw. Sicken zu versehen, um die Steifigkeit zu verbessern.
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Eine Luftleitvorrichtung für eine Radbremse eines Fahrzeuges wird in der Druckschrift
DE 100 24 219 A1 beschrieben. Sie umfaßt ein fahrzeuginnenseitig angeordnetes Bremsenabdeckblech mit einer in Fahrzeugquerrichtung angeordneten und auf ein Reibelement der Fahrzeugbremse gerichteten Lufteintrittsöffnung sowie ein an dem Bremsenabdeckblech vorgesehenes Luftumlenkblech, das von einem in Fahrzeuglängsrichtung hinten liegenden Rand der Lufteintrittsöffnung zur Fahrzeuginnenseite hin auskragt und sich in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne erstreckt. Das Luftleitblech dient der Führung eines Luftstroms zur besseren Kühlung und Erhöhung der Standfestigkeit einer Bremse bei wiederholten Bremsvorgängen mit hoher Bremskraft. Eine gezielte Steifigkeitserhöhung ist jedoch nicht möglich.
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Auch in der Druckschrift
DE 10 2011 117 641 A1 wird ein Abschirmteil für eine Radbremse beschrieben. Das Abschirmteil besitzt Belüftungsöffnungen, welche in Normalenrichtung geschlossen und senkrecht zu der Normalenrichtung geöffnet sind. Jedoch bietet das Abschirmteil weder eine besondere Steifigkeit, noch wird das Geräuschniveau beeinflusst.
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In Wikipedia wird das Herstellen von Wölbstrukturen beschrieben. Danach ist das Wölbstrukturieren ein Verfahren der Umformtechnik, mit dem wahlweise viereckige oder sechseckige dreidimensionale Strukturen in dünnwandige Materialien, wie Blech, Kunststofffolie, Pappe und Papier, eingebracht werden. Es hebt sich von den konventionellen Verfahren der Blechumformung (z. B. Einprägen, Sicken, Hydroforming) durch einen energieminimierten Selbstorganisationsprozess ab, der besonders material-, energie- und ressourcenschonend ist. Die wichtigste Eigenschaft soll eine erhöhte Steifigkeit (Biege- und Beulsteifigkeit) sein. Für das Grundverfahren des Wölbstrukturierens benötigt man lediglich einen dünnwandigen Zylinder und starre Stützringe, die auf der Zylinderinnenseite eng anliegen. Wird der Zylinder mit einem Außendruck beaufschlagt, muss das Material zwischen den Stützringen nach innen ausweichen. Nach Überwindung eines Instabilitätspunktes bilden sich spontan viereckige Wölbstrukturen. Die umlaufenden, geraden Falten entstehen durch Abformen von Stützringen, wogegen sich die versetzen axialen Falten ohne hinterliegenden Werkzeugeingriff ganz von selbst (Selbstorganisation) und zugleich gleichmäßig versetzt einstellen. Je mehr Freiheit dem Material gegeben wird, sich zu verformen, umso mehr bildet sich die Form eines Wabenmusters. Das Wabenmuster weist eine symmetrische Anordnung der Falten auf, und so wird das dünnwandige Material wesentlich besser isotrop versteift. Es sind mit dieser Lösung nur gleichmäßige und einfache geometrische Strukturen herstellbar, die wabenartig, d. h. sechseckig ausgestaltet sind.
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Derartige Wölbstrukturen werden bereits in verschiedene Bauteile integriert.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 102 15 911 A1 ist eine Formschale als Rückwand einer Kraftwagenkarosserie aus Blech offenbart, die eine Wölbstruktur mit einer Vielzahl von gleich ausgebildeten Versteifungsbeulen aufweist. Die Beulen sind in der Form eines regelmäßigen hexagonalen Gitters angeordnet und die Wölbstruktur erstreckt sich über den gesamten Flächenbereich der Rückwand, wobei ein schmaler umlaufender Randstreifen und eine mittlere Befestigungszone nachträglich eingeebnet sind. Zur Herstellung dieser Wölbstruktur wird zunächst in einem Walzverfahren aus einem ebenen Blech ein wölbstrukturiertes Rohblech erzeugt, aus welchem dann in einem Prägeverfahren die Rückwand ausgeformt wird. Dabei lassen sich nur Formschalen mit verhältnismäßig einfacher Struktur erzeugen. Die Versteifungsbeulen bilden dabei ein einfaches regelmäßiges, symmetrisches Muster.
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Eine Vorrichtung zur Herstellung eines eine 3D-Strukturierung aufweisenden Bauteils mit einem Randbereich, der keine Strukturierung aufweist und im Wesentlichen gerade bzw. eben ausgebildet ist, wird in der Druckschrift
DE 20 2011 051 111 U1 beschrieben. Unter Verwendung eines ersten Werkzeugelementes (Formstempels) mit einer Gravur erfolgt die Ausbildung einer 3D-Strukturierung in einem Bereich eines Halbzeuges in Form eines Bleches, welches auf den Formstempel auflegbar ist. An die Gravur des Formstempels schließt sich eine dem Randbereich des herzustellenden Bauteils im Wesentlichen entsprechende Randfläche an und bedarfsweise ist zwischen der Gravur und der Randfläche eine umlaufende Sicke und/oder ein umlaufender Freiwinkel angeordnet. Dem ersten Werkzeugelement gegenüberliegend ist ein zweites Werkzeugelement angeordnet ist, mit dem durch einen Energieeintrag das Material des Bleches in die Gravur des Formstempels einformbar ist. Auch hier werden 3D-Strukturierungen mit symmetrischem Verlauf erzeugt.
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In der Druckschrift
DE 10 2006 055 657 A1 wird ein Bauteil aus einem Flachmaterial mit einer zwischen zwei zueinander parallelen Hauptflächen gelegenen Mittelfläche beschrieben, wobei das Flachmaterial mit einer Verformungsstruktur versehen ist, die sich nach Art einer Pressung teilweise senkrecht zur Mittelfläche erstreckt und wenigstens ein Teilbereich des Flachmaterials mit der Verformungsstruktur versehen ist, die aus einem Gitter aneinandergrenzender Zellen besteht, wobei die Zellen jeweils durch quer zur Mittelfläche sich erstreckende Zellbiegeränder begrenzt sind. Die Zellen sind dabei sechseckig ausgebildet und können auch aus gestreckten Sechsecken bestehen.
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Die Druckschrift
DE 20 2007 005 352 U1 wird ein Oberflächen-System zur Reduzierung von Strömungswiderständen von Luft, Gas oder Flüssigkeit beschrieben. Dies wird über Vertiefungen, Mulden bzw. Krater auf Außenhüllen von Fahrzeugen erreicht.
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Ein Rad mit einem eine Struktur aufweisenden drehbaren Innenteil wird in der Druckschrift
US 2006/0125310 A1 beschrieben. Die Struktur wird mittels Aussparungen erzeugt, welche in die Felge eingebracht sind. Die in dem Innenteil vorhanden Muster dienen jedoch der Optik und haben keinen technischen Vorteil in Bezug auf Steifigkeit, Kühlung oder Geräuschentwicklung.
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Eine Wäschetrommel mit einer Wölbstrukturierung, die asymmetrisch ausgebildet sein kann, wird in
DE 100 54 974 A1 beschrieben. Dadurch soll die Relativbewegung zum Waschgut beeinflusst werden. Wie die asymmetrische Form ausgebildet sein soll, wird nicht offenbart.
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Der Nachteil dieser vorgenannt beschriebenen einfachen Wölbstrukturen besteht darin, dass das Schwingungsverhalten für einige Anwendungsfälle ungünstig ist und dass es nicht möglich ist, bestimmte Materialbereiche mit anderen mechanischen Eigenschaften zu versehen, die beispielsweise eine höhere Steifigkeit und/oder ein anderes verbessertes Schwingungsverhalten bzw. eine verbesserte Schallabsorbierung gewährleisten.
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Dünnwandige Formschale einer Fahrzeugkarosserie, die zumindest an zwei Umfangsseiten gehalten ist und mindestens ein Biegefeld mit einem im wesentlichen geraden Randabschnitt aufweist, ist aus der Druckschrift
DE 103 21 032 B4 bekannt, Dabei ist das Biegefeld zur Erhöhung seiner Biegesteifigkeit mit mehreren eingeformten Versteifungsmulden versehen, die in Abweichung von den einfachen Wölbstrukturen insgesamt ein unregelmäßiges Muster bilden, wodurch sich bei einer hochfrequenten Schwingungsanregung ein besonders günstiges Schallabstrahlverhalten des Biegefeldes der Formschale ergeben soll. Benachbarte Versteifungsmulden in einem Umfangsabschnitt bilden eine gemeinsame Nahtlinie, die ein zusammenhängendes Liniennetz bilden. Das zusammenhängende Liniennetz kann sich dabei ungünstig auf die mechanischen Eigenschaften auswirken. Die Versteifungsmulde kann wie ein Abschnitt einer Ellipsoidenoberfläche oder ein Abschnitt einer Kugeloberfläche geformt sein. Eine asymmetrische Ausgestaltung der Versteifungsmulden ist nicht offenbart.
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Die Verwendung derartiger Wölbstrukturen für Abdeckungen im Radbereich bzw. im Bereich der Bremse oder des Rades, wie Bremsabdeckbleche, ist bisher nicht bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abdeckung für eine Bremse oder den Radbereich eines Fahrzeuges, insbesondere ein Bremsabdeckblech, zu entwickeln, welches im Fahrbetrieb die Luftströmung in Richtung zum Rad bzw. zur Bremse leitet und eine hohe Steifigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Abdeckung für eine Bremse oder einen Bereich einer Bremse oder ein Rad eines Fahrzeuges, insbesondere ein Bremsabdeckblech oder dergleichen, weist erfindungsgemäß eine zentrischen Aussparung oder einer Aussparung, die vom Zentrum zum Randbereich reicht und wenigstens einem Befestigungsbereich auf, wobei die Abdeckung erfindungsgemäß zumindest bereichsweise eine Vielzahl von Ausformungen aufweist, die ein Flächenmuster bilden, wobei diese in einem oder mehreren Flächenbereichen ausgebildet sind und wobei die Ausformungen in der Art einer Wölbstruktur ausgebildet sind, oder eine dreieckige Form, eine viereckige Form, eine Tropfenform oder eine ovale oder runde Form aufweisen oder als Vieleck mit mehr als sechs Ecken oder in der Art von bionischen Strukturen ausgebildet sind und ein Flächenmuster in der Form eines oder mehrerer dreidimensionaler Fraktale oder eines oder mehrerer dreidimensionaler fraktalartiger Muster in einem oder mehreren Flächenbereichen der Abdeckung bilden und in eine oder mehrere Ausformung/en eine oder mehrere Unterausformungen eingebracht sind.
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Die Ausformungen sind insbesondere in der Art einer Wölbstruktur ausgebildet oder weisen eine von der Wölbstruktur abweichende Form auf. Weiterhin kann die Abdeckung mit voneinander beabstandeten Rippen bzw. Sicken versehen sein, wobei dann die Ausformungen in wenigstens einem sich zwischen den Rippen erstreckenden Flächenbereich der Abdeckung ausgebildet sind.
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Es können verschiedenartige Ausformungen zu dem Muster kombiniert sein.
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Die Ausformungen, die in der Art einer Wölbstruktur oder anderweitig ausgebildet sind, weisen eine Höhe, eine Öffnung und einen sich daran anschließenden Wandbereich auf und verjüngen sich ausgehend von der Öffnung über die Höhe symmetrisch oder asymmetrisch entweder gleichmäßig oder stufenförmig.
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Die Ausformungen sind zwischen dem umfangsseitigen Randbereich und einem radial innen liegenden Bereich angeordnet und weisen insbesondere eine von radial innen nach radial außen verlaufende Orientierungsrichtung auf.
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Die Tiefe (Strukturtiefe) der Ausformungen kann sich dabei in radialer Richtung verändern. Beispielsweise kann die Tiefe der Ausformungen radial innen größer sein als radial außen oder umgekehrt. Wenn die Erstreckungsrichtung der Ausformungen im Wesentlichen von radial innen nach radial außen gerichtet bilden Bereiche, die sich zwischen den Ausformungen erstrecken, von radial innen nach radial außen verlaufende Versteifungsrippen. Weiterhin erstrecken sich innerhalb eines Musters zwischen den Versteifungsrippen quer zu diesen weitere Querversteifungsrippen im Wesentlichen in Umfangsrichtung. Dadurch wird innerhalb des Flächenmusters zwischen den Ausformungen eine Struktur aus Versteifungsrippen gebildet.
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Durch diese insgesamt neuartige Anordnung und Ausbildung mehrerer Ausformungen in einem Muster in der Abdeckung ist es möglich, die Eigenschaften, insbesondere den Strömungswiderstand, die Schallabsorbtion sowie Festigkeitseigenschaften zumindest bereichsweise zu beeinflussen oder bestimmte Kennzeichnungsfunktionen zu erfüllen.
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Weiterhin wird durch die Orientierung der Ausformungen des/der Muster von radial innen nach radial außen die Steifigkeit und die Dauerfestigkeit der Abdeckung 1 des Bremsabdeckbleches erhöht, wodurch deren Lebensdauer verlängert wird. Durch im Wesentlichen von radial innen nach radial außen verlaufende Ausformungen kann weiterhin eine verbesserte Luftströmung auf die angrenzenden Bauteile gewährleistet und somit die Wärmeableitung verbessert werden.
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Es ist ebenfalls in Fahrbetrieb die Umgebungsluft in Richtung zur Bremsscheibe einleitbar bzw. in die Reibzone der Bremsscheibe führbar, wodurch ein Kühleffekt hervorgerufen wird und die thermische Belastung verringert werden kann, was zur Verbesserung der Lebenddauer des Bremssystems, insbesondere der Bremsscheibe beiträgt.
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Die Abdeckung/das Bremsabdeckblech weist dabei ausgehend von der Grundform/Hauptformelement des Bleches bzw. ausgehend von der Oberfläche des Ausgangsbleches, in dem das Muster eingebracht ist, Ausformungen auf, die ausgehend vom Hauptformelement eine Öffnung mit einem ersten Mittelpunkt aufweisen. Ausgehend von der Öffnung erstreckt sich ein Wandbereich der Ausformung zumindest bereichsweise asymmetrisch. Es wird dadurch ein Bodenbereich mit einem zweiten Mittelpunkt gebildet, oder, wenn der Boden ausgestanzt ist, eine der ersten Öffnung gegenüberliegende zweite Öffnung, mit einem zweiten Mittelpunkt, wobei der erste und der zweite Mittelpunkt in der Draufsicht nicht miteinender fluchten.
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Die durch den ersten und zweiten Mittelpunkt verlaufenden ersten und zweiten Achsen fluchten somit ebenfalls nicht, wobei die Achsen A1, A2 bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zur Grundform/Hauptform des Bauteils ausgerichtet sind und ebenfalls nicht miteinander fluchten.
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Dabei ist der umfangsseitige Wandbereich der Vertiefung ausgehend von der Blechebene des Hauptformelementes, aus welcher die Ausformung/en erzeugt wurde/n, sechseckig und sich asymmetrisch verjüngend ausgebildet oder weist eine von der sechseckigen Form abweichenden umfangsseitigen Wandbereich auf, der sich asymmetrisch oder auch symmetrisch verjüngt.
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Es ist möglich, dass die Asymmetrie wenigstens einer Ausformung in einem ersten Bereich des Bauteiles unterschiedlich ist von der Asymmetrie wenigstens einer Ausformung in einem zweiten Bereich des Bauteiles. Dadurch grenzen sich Bereiche optisch ab und können ggf. auch besser bei der Montage ausgerichtet werden.
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Die Asymmetrie der Ausformungen im ersten Bereich bzw. in einem ersten Muster kann dabei auch spiegelbildlich zur Asymmetrie der Ausformungen in einem anderen Bereich bzw. in einem anderen Muster von Ausformungen des Bauteiles sein.
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Es ist auch möglich, dass wenigstens eine symmetrische oder asymmetrische Ausformung, die optisch von weiteren Ausformungen des Musters abweicht, eine Markierung der Abdeckung/des Bremsabdeckbleches bildet, die beispielsweise vorne/hinten, oben/unten bzw. links/rechts... usw. bezeichnen kann und ggf. auch zur Erleichterung der Montage oder für die Ausrichtung bei einem Fügevorgang dienen kann. Diese Markierung kann so gestaltet sein, dass diese durch ein Maschinensystem mittels entsprechender Auslesemittel ausgelesen werden kann, was für eine automatische Zuführung zur Montagestation bzw. für eine automatisierte Montage vorteilhaft ist.
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Ist die Abdeckung in Form eines Bremsenabdeckbleches zur Abdeckung einer Bremsscheibe ausgebildet, ist dieses in axialer Richtung abgewinkelt oder schalenförmig gewölbt oder tellerartig ausgebildet und weist radial außen bevorzugt einen gebogenen Randbereich und wenigstens einen Befestigungsbereich mit wenigstens einer Befestigungsöffnung zur Befestigung beispielsweise an einem karosserieseitigen Radträger auf. Weiterhin ist das Bremsabdeckblech meist mit einer im Wesentlichen zentrischen Ausnehmung für angrenzende Bauteile wie z. B. dem Bremssattel versehen. Das Muster, welches durch die Vielzahl von Ausformungen gebildet wird, reicht an oder bis in den gebogenen Randbereich des Bremsabdeckbleches heran bzw. herein. Das Abdeckblech bzw. Bremsabdeckblech kann weiterhin Bereiche aufweisen, die stärker oder weniger stark gebogen sind. Umfangsseitig und/oder radial können die durch die Ausformungen gebildeten Muster wechseln.
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In dem bzw. den Befestigungsbereich/en können ebenfalls Ausformungen vorhanden sein wobei jedoch vorteilhafter Weise in den Befestigungsbereichen keine Ausformungen vorgesehen und diese Befestigungsbereiche im Wesentlichen flach ausgebildet sind, so dass das Bremsabdeckblech mit seinem Befestigungsbereich insbesondere flach am beispielsweise Radträger anliegt und über entsprechende Befestigungsmittel daran befestigbar ist.
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Um eine sichere Befestigung mit langer Lebensdauer zu gewährleisten ist das Abdeckblech/Bremsabdeckblech zumindest in einem Befestigungsbereich verstärkt, insbesondere mehrlagig ausgebildet.
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Durch die ein Muster bildenden Ausformungen der Abdeckung, wobei die Ausformungen in der Größe unterschiedlich sind aber eine selbstähnlichkeit aufweisen, bzw. fraktalartige Muster in der Abdeckung/dem Bremsabdeckblech vorhanden sind, sind der Strömungswiderstand und/oder akustische Eigenschaften und/oder mechanische Eigenschaften des Abdeckbleches beeinflussbar sind. Weiterhin kann insbesondere durch fraktalartige sich verzweigende Muster in der Art von bionischen Strukturen eine Luftströmung auf zu kühlende Bereiche des Rades und/oder der Bremse bewirkt werden, wodurch die Lebensdauer des Bremssystems bzw. dessen Abdeckung/Bremsabdeckblech erhöht werden kann.
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Durch die in das Bauteil eingebrachte/n ein oder mehrere Muster bildenden Ausformungen können auch die Reflexion, der Strömungswiderstand, die Festigkeitseigenschaften, das Design usw. gezielt beeinflusst werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung zur Herstellung einer Abdeckung mit einer asymmetrischen Ausformung,
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2 eine Prinzipdarstellung einer Ausformung mit sechseckiger Form,
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3 eine Variante, bei der sich die Größe hintereinander angeordneter Ausformungen von links nach rechts verringert,
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4–7 einen Teil eines Abdeckbleches (hier eines Bremsabdeckbleches) mit bionisch gestaltete Ausformungen,
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8 bis 22 einen Teil eines Abdeckbleches (hier eines Bremsabdeckbleches) mit weiteren Ausformungen,
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23 eine Prinzipdarstellung eines Schnittes durch ein Bremsabdeckblech.
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In 1 wird eine Prinzipdarstellung zur Herstellung einer Abdeckung mit einer asymmetrischen Ausformung dargestellt. Das Werkzeug weist eine Form 1 entsprechend der zu erzeugenden Ausformung im Bauteil auf. Die Form 1 besitzt Vertiefungen 2 mit einer Höhe h, die für die Erzeugung von sechseckigen Ausformungen an der Oberseite eine Schlüsselweite/Stegbreite a1 mit einer Symmetrieachse A1.2 durch einen Mittelpunkt M1 und am Boden eine Schlüsselweite/Stegbreite a2 mit einer Symmetrieachse A2.2 durch den Mittelpunkt M2 aufweist. Durch die asymmetrische Anordnung der Symmetrieachsen A1.2, A2.2 der Vertiefung 2 der Form 1 des Werkzeuges wird eine analoge Vertiefung im Bauteil, welches die Abdeckung 3 bildet, hergestellt. Dazu wird das Ausgangsmaterial der Abdeckung 3 auf die Form 1 aufgelegt und gegen die Form 1 umgeformt, so dass sich der Werkstoff des Ausgangsmaterials in die Vertiefungen 2 einformt. Dies wird beispielsweise durch Druckbeaufschlagung mittels eines Elastomers E (oder andere geeignete bekannte Werkzeugelemente) realisiert. Die gestrichelten Linien deuten eine herkömmliche symmetrische Vertiefung an.
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2 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Ausformung 3.1 einer Abdeckung 3 mit sechseckiger Form. Diese weist analog der Vertiefung in dem Werkzeug 1 eine Höhe h auf, sowie Schlüsselweiten a1, a2 mit zueinander in X und Z-Richtung versetzten Mittelpunkten M1, M2 und Symmetrieachsen A1, A2 auf und ist somit asymmetrisch ausgebildet, denn die Vertiefung verjüngt sich ausgehend von deren Öffnung 3.2 durch den asymmetrischen Verlauf des Wandbereiches 3.3 bis zum Boden 3.4, die versetzten Symmetrieachsen A1, A2 und die kleinere Schlüsselweite a2 asymmetrisch.
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Eine weitere Variante ist in 3 dargestellt. Hier sind asymmetrische Ausformungen 3.1, die eine Selbstähnlichkeit aufweisen, hintereinander angeordnet, wobei deren Größe bzw. deren Länge und Breite und Höhe sich von links nach rechts verringert.
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Um optische Effekte zu erzielen oder die Luftströmung zu beeinflussen, kann die durch die Asymmetrie der Ausformung/en der Abdeckung die Reflexion beeinflusst oder der Luftstrom in eine bestimmte Vorzugsrichtung gelenkt werden. Weiterhin ist es möglich, durch die Aneinanderreihung/Verschachtelung von insbesondere selbstähnlichen insbesondere asymmetrischen Ausformungen und/oder symmetrischen Ausformungen, die von der sechseckigen Form abweichen und die ein fraktalartiges Muster bilden, den Strömungswiderstand und/oder Steifigkeitseigenschaften des Bauteiles oder von Bereichen des Bauteiles zu verändern.
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Es wurden mehrere Versuche mit radialen Belastungsfällen an einem im Wesentlichen kreisrunden Blech ohne Ausformungen und an kreisrunden Blechen mit herkömmlichen sechseckigen Ausformungen, durchgeführt.
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Damit verglichen wurden radiale Belastungsfälle an im Wesentlichen kreisrunden Blechen mit Ausformungen, die von der sechseckigen Wabenform abweichen.
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Die Steifigkeit der untersuchten Bauteile mit den erfindungsgemäßen Ausformungen konnten im Vergleich zu einem Blech ohne Ausformungen bei gleichem Material und gleicher Blechdicke bei Biegebeanspruchung um ca. 70% erhöht werden.
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Sehr überraschend war, dass bei den Versuchsbauteilen mit Mustern, die rechteckigen Ausformungen beinhalten und mit fraktalartigen bionischen Ausformungen, die ein entsprechendes Muster bilden, die höchste Steifigkeit erzielt wurde und somit die Biegung am geringsten war. Ähnliche Ergebnisse wurden bei Torsionsbelastungen erzielt.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung können damit die Bauteileigenschaften in Richtung Steifigkeit wesentlich verbessert werden, wodurch es auch möglich ist Bleche mit geringeren Blechdicken einzusetzen und somit insbesondere im Fahrzeugbereich Gewicht einzusparen.
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Weiterhin haben sich die fraktalartigen Muster in Form von bionischen Ausformungen, d. h. Ausformungen, die der Natur entnommen und in Form von bionischen Strukturen ausgebildet sind, als besonders vorteilhaft erwiesen, insbesondere im Hinblick auf die Beeinflussung der Luftströmung auf zu kühlende Bereiche angrenzender Bauteile, Baugruppen und Systeme.
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In den 4 bis 7 sind bionisch gestaltete Ausformungen 3.1, die ein fraktalartiges Muster bilden, in einer im Wesentlichen kreisförmigen Abdeckung 3, hier ein Bremsabdeckblech, mit einem nicht bezeichneten Durchbruch in einem Teilbereich des Bremsabdeckbleches dargestellt, die von radial innen nach außen zum Randbereich eines entsprechend umgeformten Bleches gerichtet sind, über die Fläche der Abdeckung 3 sind die fraktalartigen Muster kreisförmig verteilt und erstrecken sich bis in den Randbereich der Abdeckung 3, wobei durch die Ausformungen 3.1 Versteifungszonen gebildet werden. Dabei ist es möglich, in die Ausformungen 3.1, eine oder mehrere weitere „Unterausformungen” 3.1' in der Art von Nebenformelementen einzubringen, wie es in den 5 bis 7 in Anlehnung an die Form eines Seerosenblattes (5, 6) und einer Muschelform (8) dargestellt und bei fraktalen Stukturen üblich ist und dadurch die Steifigkeit der Abdeckung (hier des Bremsabdeckbleches) weiter zu erhöhen.
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Gemäß 8 können Formelemente 3.1 in der Abdeckung 3 Muster aus einer Vielzahl von Ausformungen 3.1 in der Art von über- und nebeneinander angeordneten sich überlappenden Tropfen ausgebildet sein, deren Spitzen in entgegen gesetzte Richtungen weisen, oder gemäß 9 können die ein Muster bildenden selbstähnlichen Ausformungen 3.1 des Bauteils 3 rautenartig in unterschiedlichen Größen und Anordnungen ausgebildet sein.
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Nach 10 sind die Ausformungen 3.1 in der Abdeckung 3 oval ausgebildet und ebenfalls zueinander versetzt angeordnet und bilden ein Muster in einem Bereich der Abdeckung 3.
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In 11 ist eine Variante dargestellt, bei der rechteckige sich mit den Seitenkanten überlappende Ausformungen 3.1 in der Abdeckung 3 vorgesehen sind, die hier beispielsweise vom Randbereich nach innen kleiner werden und dabei selbstähnlich sind. Bei dieser Variante eines Musters aus einer Vielzahl von sich aneinanderreihenden Ausformungen 3.1 wurde überraschender Weise die größte Steifigkeit erzielt.
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In den 12 und 13 sind Muster aus ineinandergeschachtelten Dreiecken (12) und Vierecken (13) als Ausformungen 3.1 in der Abdeckung 3 vorgesehen, wobei sich die Vierecke nicht an den Seitenkanten überlappen und die Länge der Vierecke nach innen größer wird, wobei eine Selbstähnlichkeit der Vierecke vorhanden ist..
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In 14 ist ein Schnitt einer Ausformung 3.1 dargestellt, in welche ausgehend von der Mittelfläche 3.0 (bzw. der neutralen Faser) des (Ausgangs-)Bauteils 3 die Ausformung 3.1 eingebracht ist und die Unterausformung 3.1' in eine dazu entgegen gesetzte Richtung – hier wieder in Richtung der neutralen Faser 3.0 geformt ist. Die Umformrichtungen sind durch die fetten Pfeile angedeutet.
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In 15 ist eine Variante dargestellt, bei der welcher in eine im Wesentlichen runde blechförmige Abdeckung 3 in Form eines Bremsabdeckbleches, welches nur ausschnittesweise dargestellt ist, nach innen spitz zulaufende Sicken als Ausformungen 3.1 über den Umfang verteilt eingebracht sind. In die/Ausformungen 3.1 Sicken sind wiederum sich radial nach innen verjüngende Unterausformungen 3.1' eingeformt, die eine selbstähnlichkeit aufweisen und deren Größe nach innen abnimmt.
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16 zeigt eine weitere Variante, bei welcher ein Muster mit einer herkömmlichen Wabenstruktur 3.1a umfangsseitig in der Abdeckung 3 vorgesehen wurde. An diese schließen sich radial nach innen Ausformungen 3.1 an, die ebenfalls sechseckig, jedoch asymmetrisch ausgebildet sind und radial nach innen mit einer Selbstähnlichkeit kleiner werden.
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Es ist auch möglich, dass die Ausformungen 3.1 nach innen größer werden oder alle Ausformungen die gleiche Größe aufweisen.
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Eine Ausgestaltung einer Abdeckung 3 in Form eines ausschnittsweise dargestellten Bremsabdeckbleches, mit der Kombination sechseckiger wabenförmiger Ausformungen 3a mit trapezförmigen Unterausformungen 3.1', die in eine Ausformung 3.1 in Form einer trapezförmigen Sicke eingebracht sind, zeigt 17. Die Sicken/Ausformungen 3.1 weisen sich verjüngend von außen nach innen und sind in einem vorzugsweise gleichen Abstand in dem hier im Wesentlichen runden Bremsabdeckblech radial umlaufend als Muster angeordnet. In die von radial außen nach radial innen sich in der Breite verringernden Sicken/Ausformungen 3.1 ist radial außen zuerst eine sechseckige wabenförmige Ausformung 3a eingebracht an diese schließen sich zwei trapezförmige Unterausformungen 3.1/halbe Sechsecke an, deren nicht bezeichnete zueinander parallele Seitenkanten von radial außen nach radial innen gerichtet sind und wobei deren kürzere (parallele) Seiten aufeinander zuweisen. Es schließt sich wieder eine sechseckige wabenförmige Ausformung 3a an, die jedoch umfangsseitig kleiner dimensioniert ist. An diese schließen sich wiederum zwei trapezförmige Unterausformungen 3.1 an und radial innen ist nochmals eine sechseckige wabenförmige Ausformung 3a angeordnet. Die Unterausformungen 3.1 werden von außen nach innen kleiner und sind selbstähnlich ausgeführt. Je nach Größe des Bauteils – hier des Abdeckblechs – kann die Anzahl und/oder Größe der Ausformungen und/oder Unterausformungen variieren.
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Quadratische und rechteckige Ausformungen 3.1 sind bei der nächsten Abdeckung 3 (18) miteinander kombiniert, wobei radial außen hier in zwei Reihen im Wesentlichen quadratische Ausformungen 3.1 ein erstes Muster und radial innen im Wesentlichen rechteckförmige Ausformungen 3.1 kreisförmig angeordnet sind und ein zweites Muster bilden.
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Weitere Varianten von im Wesentlichen kreisförmigen Abdeckungen 3/Bremsabdeckblechen (ausschnittsweise dargestellt), die mit radial von außen nach innen weisenden Sicken als Ausformungen 3.1 und darin eingebrachten viereckigen Unterausformungen 3.1' ausgestattet sind, sind in den 19 und 20 dargestellt. Die Sicken/Ausformungen 3.1 mit dem Unterausformungen 3.1' bilden ein Muster in der Art von dreidimansionalen Fraktalen mit selbstähnlichen Ausformungen und sind umfangsseitig verteilt angeordnet. Die langgestreckten von Außenumfang nach radial innen reichende Ausformungen 3.1 erweitern sich radial nach innen zuerst und werden dann in Richtung zum Zentrum der Abdeckung 3/des Bremsabdeckbleches wieder schmaler. Die Ausformungen 3.1 erstrecken sich somit vom Randbereich radial nach innen. Bei der in 20 dargestellten Variante ist der umfangsseitig außen liegende Randbereich umgebogen und die Ausformungen und erstrecken sich bis in den Randbereich hinein. Bei den Varianten nach 19 und 20 sind innerhalb der Ausformungen 3.1 und zwischen den Bereichen der Ausformungen 3.1, die voneinander beabstandet sind Unterausformungen 3.1' eingebracht, die im Wesentlichen viereckig ausgebildet und von Innen nach außen beabstandet sind, so dass sich eine im Wesentlichen in Umfangsrichtung ausgerichtete Verrippung V ergibt, Zwischen den Ausformungen 3.1 erstrecken sich von radial innen nach außen bis in den Randbereich stegförmige Versteifungsrippen V1, die in der Ausgangsebene des Bleches verlaufen und sich außen verzweigen. Quer zwischen den von innen nach außen verlaufenden Versteifungsrippen V1 erstreckt sich die Verrippung V (Querverrippung). Aus bei den 4 bis 7, 15, 17 und 19 sind die von innen nach außen verlaufenden Versteifungsrippen zwischen den Ausformungen 3.1 und die innerhalb der Ausformungen 3.1 zwischen den Versteifungsrippen V1 gebildete Querverrippung V ersichtlich aber nicht bezeichnet.
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Die Versteifungsrippen V1 verlaufen somit im Wesentlichen radial von innen nach außen und von einer Versteifungsrippe V1 zur benachbarten Versteifungsrippe V1 erstrecken sich zusätzliche Querversteifungsrippen V, die im Wesentlichen umfangsseitig ausgerichtet sind.
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Die Verrippung bildet somit eine Art versteifende Kragarme, zwischen welchen die Ausformungen als Flächenmuster angeordnet sind, wodurch die Steifigkeit der Abdeckung im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen erheblich erhöht wird.
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Zwei weitere Varianten mit asymmetrisch gestalteten selbstähnlichen sechseckigen Ausformungen 3.1, die radial nach innen kleiner werden, zeigen die 21 und 22, wobei die Ausformungen 3.1 radial nach innen eine größere Länge aufweisen.
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Neben den dargestellten Beispielen sind selbstverständlich auch andere Gestaltungen und Kombinationen von Ausformungen/Unterausformungen realisierbar.
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In 23 ist ein Schnitt durch ein Bremsabdeckblech 3 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass es zuerst radial innen einen im Wesentlichen flachen/scheibenförmigen Bereich 4 mit einer Aussparung 4.1 aufweist, dann in axialer Richtung in einem Bereich 5 abgewinkelt ist und sich radial außen ein nochmals abgewinkelter/gebogener Randbereich 6 anschließt. Die Befestigung des Bremsabdeckbleches 3 erfolgt in dem inneren Bereich 4 mittels angedeuteter Befestigungselemente 7 Die hier nicht dargestellten Ausformungen erstrecken sich ab dem inneren flachen Befestigungsbereich 4 bis an oder in den Randbereich 6.
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Durch diese Form reicht das Bremsabdeckblech mit seinem mittleren Bereich bis nahe an die Bremsscheibe heran, wodurch vermieden wird, dass sich Steine oder andere Verschmutzungen im Bereich der Bremsscheibe verklemmen.
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Anstelle abgewinkelter Bereiche 5 und 6 kann das Bremsabdeckblech auch eine gewölbte Schalenform, Tellerform oder eine anderweitig gebogene Form aufweisen. Auch können die in axialer Richtung gebogenen Bereiche in Umfangsrichtung des Abdeckbleches unterschiedlich sein, so dass das Abdeckblech unterschiedliche Umformzonen aufweist. Im Bereich, der sich an die zentrische Aussparung bzw. an die Aussparung, die vom Zentrum zum Randbereich reicht (Aussparung für den Radträger oder die Bremsanlage), anschließt, werden keine Ausformungen vorgesehen oder es können Ausformungen mit anderen Formen und/oder Größen vorgesehen sein.
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Es ist auch möglich, dass Abdeckblech bereichsweise stärker zu biegen und umfangsseitig und/oder radial einen Wechsel der Ausformungsarten und/oder der Ausformungsgrößen vorzunehmen. Die erfindungsgemäße Lösung wird erstmalig an einer Abdeckung für den Rad- oder Bremsenbereich (z. B. für ein Bremsabdeckblech) eingesetzt. Sie dient zur Schaffung von Abdeckungen mit Versteifungsstrukturen in Form von Mustern, die durch Ausformungen gebildet werden, zur Verbesserung der Steifigkeit und Schwingungsresistenz, Anzeige der Einbaulage, und zur Verbesserung des Strömungsverhaltens, zur gezielten Erzeugung eines Luftstromes und der Verringerung Schmutzadhäsion. Ein weiterer Vorteil ist die Reduzierung der Eigenschwingungen des Bauteils. Weiterhin ist es möglich, das Gewicht der Abdeckungen/Radabdeckkappen zu reduzieren, was für den Leichbau förderlich ist.
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Durch die höhere Steifigkeit wird auch den fahrdynamischen Aspekten Rechnung getragen und Schwingungen der Bremsabdeckungen reduziert. Insbesondere, wenn die Ausformungen bis in den radial außen liegenden Randbereich des Abdeckbleches/Bremsabdeckbleches reichen, wird dessen Steifigkeit erhöht und im Fahrbetrieb die Eigenschwingungen reduziert.
