DE102017203188B4

DE102017203188B4 - Festkörper-Bremsscheibe und Verfahren zum Herstellen einer Festkörper-Bremsscheibe

Info

Publication number: DE102017203188B4
Application number: DE102017203188.3A
Authority: DE
Inventors: Jai-Min Han; Min Gyun Chung; Yoon Cheol Kim; Byung Chan Lee; Yoon Joo Rhee; Jae Young Lee; In Seop Kim; Jeong Ho Shin
Original assignee: Hyundai Motor Co; Hyundai Sungwoo Casting Co Ltd
Current assignee: Hyundai Motor Co; Hyundai Sungwoo Casting Co Ltd
Priority date: 2016-09-22
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2037-03-01
Also published as: US20180080514A1; KR101866058B1; US10138963B2; CN206647463U; DE102017203188A1; KR20180032714A

Abstract

Festkörper-Bremsscheibe, umfassend:ein Hutteil (100) mit einem kreisförmigen Grundkörper (110), der an einer Drehwelle eines Rads anbringbar ist, und einer Vielzahl von Vorsprüngen (120), die in einer Umfangsrichtung von einer Außenfläche des Grundkörpers (110) vorstehen; undein Reibteil (200) mit einem Ringkörper (210) mit einer in einer Mitte davon ausgebildeten Durchgangsöffnung zur Aufnahme des Hutteils (100) in der Durchgangsöffnung, und Vertiefungsabschnitten (220), die von einem Umfang der Durchgangsöffnung zu den jeweiligen Vorsprüngen (120) vorstehen, wobei die Vertiefungsabschnitte (220) mit den entsprechenden Vorsprüngen (120) verbunden sind, um die Vorsprünge (120) zu umschließen, wobei jeder der Vorsprünge (120) in einen ersten vorstehenden Körper (121), der von der Außenseite des Grundkörpers (110) vorsteht und so geformt ist, um in seiner Dicke mit abnehmender Distanz in einer axial Richtung zu seinem Endabschnitt verjüngt zu sein, und in einen zweiten vorstehenden Körper (122) unterteilt ist, der sich von dem ersten vorstehenden Körper (121) nach außen erstreckt und so geformt ist, um in der Dicke mit abnehmender Distanz zu einem Endabschnitt davon vergrößert zu sein, wobei der Vorsprung (120) an einer Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper (121) und dem zweiten vorstehenden Körper (122) am dünnsten ist, wobei der zweite vorstehende Körper obere und untere Schrägen in axialer Richtung aufweist, und geformt ist, um in einem Winkel von 1,5 bis 2 Grad gegenüber imaginären Linien geneigt zu sein, die parallel verlaufen zu einer radialen Richtung an einem oberen Endabschnitt und einem unteren Endabschnitt einer Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper (121) und dem zweiten vorstehenden Körper (122).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Festkörper-Bremsscheibe, bei der ein Hutteil und ein Reibteil separat ausgebildet sind; und eine starke Kupplung dazwischen über eine Brücke bilden, die eine Verbindungsstruktur dazwischen ausbildet.
Beschreibung der verwandten Technik
Bei einer herkömmlichen Festkörper-Bremsscheibe sind ein Hutteil und ein Reibteil integriert, um einen einzigen Körper zu bilden, wobei thermische- und Drehmomentbelastungen auf ein Hinterrad aufgebracht werden, das kleiner als ein Vorderrad ist. Es gibt auch eine dimensionale Begrenzung aufgrund der Eigenschaften einer solchen integrierten Konfiguration.
Daher führt die Offenbarung eine Festköper-Bremsschiebe ein, die aufgrund einer festen Kupplungsstruktur zwischen einem Hutteil und einem Reibteil eine dünnere und leichtere Gestaltung erreichen, und eine Maßbegrenzung gegenüber dem Stand der Technik überwinden kann.
Die in diesem Hintergrund des Erfindungsabschnitts offenbarten Informationen dienen lediglich der Verbesserung des Verständnisses für den allgemeinen Hintergrund der Erfindung und sollten nicht als eine Anerkennung oder irgendeine Form von Vorschlägen angesehen werden, dass diese Information den bereits bekannten Stand der Technik eines Fachmanns bildet.
Die DE 199 31 140 A1 beschreibt eine Verbundguss-Bremsscheibe für Scheibenbremsen, die einen Scheibentopf mit einem Reibring aufweist.
Die DE 60 000 008 T2 beschreibt eine belüftete Scheibe für eine Scheibenbremse mit einer Reibungsbahn und Scheibennabe.
Die US 2011/0061980 A1 beschreibt eine Scheibenbremse mit radialen Protuberanzen.
Die WO 2013/043634 A1 beschreibt eine Bremsscheibenanordnung mit einer Bremsplatte.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind auf die Bereitstellung einer Festkörper-Bremsscheibe gerichtet, bei der ein Hutteil und ein Reibteil separat ausgebildet sind, und eine starke Kopplung dazwischen über eine Brücke bilden, die eine Verbindungsstruktur dazwischen ausbildet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die obigen und andere Ziele durch die Bereitstellung einer Festkörper-Bremsscheibe erreicht werden, die ein Hutteil mit einem kreisförmigen Grundkörper, der an einer Drehwelle eines Rades angebracht ist, und einer Vielzahl von Vorsprüngen, die in einer Umfangsrichtung von einer Außenfläche des Grundkörpers vorstehen, und ein Reibteil umfasst, das einen Ringkörper mit einer in seiner Mitte ausgebildeten Durchgangsöffnung zum Aufnehmen des Hutteils in der Durchgangsöffnung und Vertiefungsabschnitte aufweist, die von einem Umfang der Durchgangsöffnung zu den entsprechenden Vorsprüngen vorstehen, wobei die Vertiefungsabschnitte mit den entsprechenden Vorsprüngen verbunden sind, um die Vorsprünge zu umschließen.
Jeder der Vertiefungsabschnitte kann einen Endabschnitt in Kontakt mit der Außenfläche des Grundkörpers aufweisen, und kann mit einem Innenraum zum Umschließen eines entsprechenden Vorsprungs der Vorsprünge versehen sein.
Jeder der Vorsprünge kann in einen ersten vorstehenden Körper, der von der Außenfläche des Grundkörpers vorsteht und so geformt ist, dass er in der Dicke mit abnehmendem Abstand zu einem Endabschnitt desselben in einer axialen Richtung allmählich verringert wird, und in einen zweiten vorstehenden Körper unterteilt sein, der sich von dem ersten vorstehenden Körper nach außen erstreckt und so geformt ist, dass er allmählich in der Dicke mit abnehmendem Abstand zu einem Endbereich davon zunimmt, so dass der Vorsprung an einer Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper und dem zweiten vorstehenden Körper am dünnsten ist.
Jeder der Vorsprünge kann so geformt sein, dass er allmählich in der Breite mit abnehmendem Abstand zu einem Endabschnitt davon verringert wird.
Ein Verhältnis einer Länge, die jeder Vorsprung von der Außenfläche des Grundkörpers in einer radialen Richtung vorsteht zu einer Länge eines Endabschnitts jedes Vertiefungsabschnitts zu einem äußeren Umfang des Ringkörpers, kann im Bereich von 0,18 bis 0,28 liegen.
Ein Verhältnis einer Dicke an der Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper und dem zweiten vorstehenden Körper zu einer Dicke des Ringkörpers kann im Bereich von 0,35 bis 0,40 liegen.
Der zweite vorstehende Körper kann obere und untere Schrägen in der axialen Richtung aufweisen, und kann so ausgebildet sein, dass er um einen Winkel von 1,5 bis 2 Grad relativ zu imaginären Linien nach oben und unten geneigt ist, die sich parallel zu einer radialen Richtung an einem oberen Endabschnitt und einem unteren Endabschnitt der Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper und dem zweiten vorstehenden Körper erstrecken.
Die Vorsprünge und die Vertiefungsabschnitte können mehrere Brücken bilden, die voneinander durch den gleichen Abstand entlang der Außenfläche des Grundkörpers und den Umfang der Durchgangsöffnung beabstandet sind, um Austrittsöffnungen zwischen den Brücken zu bilden.
Die Anzahl der Brücken kann neun sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Festkörper-Bremsscheibe bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:

Gießen eines Hutteils, das einen kreisförmigen Grundkörper umfasst, der auf einer Drehwelle von montiert ist, und eine Vielzahl von Vorsprüngen, die von einer Außenfläche des Grundkörpers in einer Umfangsrichtung vorstehen; Einsetzen des Hutteils in eine Form; und Gießen eines Reibteils, das einen Ringkörper mit einer Durchgangsöffnung in dessen Mitte zum Aufnehmen des Hutteils in der Durchgangsöffnung und Vertiefungsabschnitte aufweist, die von einem Umfang der Durchgangsöffnung zu den entsprechenden Vorsprüngen vorstehen, wobei die Vertiefungsabschnitte mit den jeweiligen Vorsprüngen verbunden sind, um die Vorsprünge durch Gießen zu umschließen.

Beim Gießen des Hutteils und beim Gießen des Reibteils kann Gusseisen verwendet werden, um das Hutteil und das Reibteil zu gießen, und eine Festigkeit des Gusseisens, das verwendet wird, um das Hutteil zu gießen, kann höher sein, als eine Festigkeit des Gusseisens, das zum Gießen des Reibteils verwendet wird.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung weisen weitere Merkmale und Vorteile auf, die in den beigefügten Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und in der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen zur Erläuterung bestimmter Prinzipien der vorliegenden Erfindung dienen, erläutert oder ausführlicher dargelegt werden.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die eine Festkörper-Bremsscheibe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine Ansicht, die den Querschnitt der Festkörper-Bremsscheibe gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 2 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Ansicht, die ein Hutteil gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ist eine Ansicht, die ein Reibteil gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 ist eine Ansicht, die den Querschnitt der Festkörper-Bremsscheibe gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ist eine Ansicht, die die Form der Seitenfläche eines Vorsprungs gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
8 ist eine Ansicht, die Hot-Spots in einer Wärmeverteilung für die Festkörper-Bremsscheibe gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
9 ist eine Ansicht, die einen Biegungsmodus außerhalb der Ebene (entlang der axialen Richtung) unter den Ergebnissen der Frequenzantwortanalyse darstellt, die auf der Festkörper-Bremsscheibe gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.

Es versteht sich, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener Merkmale zeigen, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die spezifischen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart werden, einschließlich beispielsweise spezifischer Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden teilweise durch die spezielle beabsichtigte Anwendungs- und Nutzungsumgebung bestimmt.
In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung in den verschiedenen Figuren der Zeichnung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird detailliert auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei Beispiele davon in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und nachfolgend beschrieben werden. Während die Erfindung (en) in Verbindung mit Ausführungsbeispielen beschrieben wird, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung (en) nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränken soll. Im Gegenteil sollen die Erfindung (en) nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen umfassen, die innerhalb des Geistes und Schutzbereichs der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, enthalten sein können.
Nachfolgend wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Mit Bezug auf 1, 2 und 3, umfasst die Festkörper-Bremsscheibe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Hutteil 100, das einen kreisförmigen Grundkörper 110 umfasst, der an einer Drehwelle eines Rads angebracht ist, und eine Vielzahl von Vorsprüngen 120, die in einer Umfangsrichtung von einer Außenfläche 111 des Grundkörpers 110 vorstehen, und ein Reibteil 200, das einen Ringkörper 210 mit einer in seiner Mitte ausgebildeten Durchgangsöffnung 211 zur Aufnahme des Hutteils 100 in der Durchgangsöffnung 211, und Vertiefungsabschnitte 220 aufweist, die von dem Umfang der Durchgangsöffnung 211 zu den Vorsprüngen 120 vorstehen, wobei die Vertiefungsabschnitte 220 mit den Vorsprüngen 120 verbunden sind, um die entsprechenden Vorsprünge 120 einzuschließen.
Das Hutteil 100 ist auf der Drehwelle des Rades montiert, das mit einem Fahrzeugchassis verbunden werden soll. Bezug nehmend auf 4, weist der Grundkörper 110 des Hutteils 100 eine kreisförmige Gestalt auf, und ist mit der Außenoberfläche 111 versehen, die die Umfangsfläche des kreisförmigen Grundkörpers 110 bildet. Die Vorsprünge 120 stehen in Umfangsrichtung von der Außenfläche 111 vor. Die Vorsprünge 120 des Hutteils 100 sind die Abschnitte, die mit dem Reibteil 200 gekoppelt werden sollen, was nachfolgend beschrieben wird. Die Vorsprünge 120 können in regelmäßigen Abständen voneinander beabstandet sein.
Das Hutteil 100 kann aus Kugel-Graphitgusseisen mit hoher Festigkeit ausgebildet sein, und kann eine dünnere und leichtere Konfiguration als der Stand der Technik erreichen, da einige Abschnitte davon abgeschliffen werden können. Zusätzlich kann das Hutteil 100 eine Parking-Funktion realisieren.
Das Reibteil 200 ist der Abschnitt, der mechanische Reibung zum Bremsen erzeugt, wie in 1 dargestellt. Der Ringkörper 210 des Reibteils 200 ist in der Form eines Ringes mit der in dessen Zentrum ausgebildeten Durchgangsöffnung 211, so dass das Hutteil 100 in der Durchgangsöffnung 211 aufgenommen ist. Die mehreren Vertiefungsabschnitte 220, die den Vorsprüngen 120 in Anzahl und Position entsprechen, stehen von dem Umfang der Durchgangsöffnung 211 in der Umfangsrichtung hervor. Die Vertiefungsabschnitte 220 des Reibteils 200 sind die Abschnitte, die direkt mit den Vorsprüngen 120 für die Kopplung zwischen dem Hutteil 100 und dem Reibteil 200 gekoppelt werden sollen.
Jeder Vertiefungsabschnitte 220 ist mit einem der entsprechenden Vorsprünge 120 gekoppelt, um den Vorsprung 120 zu umschließen. Der Vertiefungsabschnitt 220 definiert einen Innenraum 221 darin und der Innenraum 221 ist mit dem Vorsprung 120 gefüllt, so dass der Vorsprung 120 und der Vertiefungsabschnitt 220 in Kontakt miteinander sind.
Das Reibteil 200 kann aus Grauguss (Flockengraphit-Gusseisen) ausgebildet sein, das eine Wärmebeständigkeit und Verschleißbeständigkeit aufweist, und den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Kugelgraphit-Gusseisen aufweist.
Das Reibteil 200 ist von einem festen Typ, das kein Entlüftungsloch zur Wärmeableitung aufweist. Bei einer herkömmlichen Festkörper-Bremsscheibe sind das Hutteil 100 und das Reibteil 200 einstückig oder monolithisch miteinander ausgebildet, wodurch thermische und Drehmomentbelastungen auf ein Hinterrad aufgebracht werden, das kleiner als ein Vorderrad ist. Im vorliegenden Fall gibt es auch eine dimensionale Begrenzung aufgrund der Eigenschaften einer solchen integrierten Konfiguration.
Die Festkörper-Bremsscheibe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Drehmomentbelastung aushalten, da das Hutteil 100 und das Reibteil 200, die aus verschiedenen Materialien gebildet sind, separat geformt und miteinander gekoppelt sind, und somit eine stabilisierte Kopplung zwischen dem Hutteil 100 und dem Reibteil 200 aufgrund der starken Kopplung der Vorsprünge 120 und der Vertiefungsabschnitte 220 zu bewirken. Zusätzlich kann mit den Eigenschaften der Konfiguration, in der das Hutteil 100 und das Reibteil 200 separat ausgebildet und miteinander gekoppelt sind, die Festkörper-Bremsscheibe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine dimensionale Begrenzung überwinden. Dadurch können die Gewichte verschiedener Elemente reduziert werden.
Wie in 2 gezeigt ist, kann jeder Vertiefungsabschnitt 220 an seinem Endabschnitt mit der Außenfläche 111 des Grundkörpers 110 in Kontakt kommen und kann den Innenraum 221 so konfigurieren, dass er den entsprechenden Vorsprung 120 umgibt.
Bei der Festkörper-Bremsscheibe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können, wie oben erwähnt, das Hutteil 100 und das Reibteil 200 über die starke Verbindung zwischen den gebildeten Vorsprüngen 120 des Hutteils 100 und der Vertiefungsabschnitte 220, die an dem Reibteil 200 ausgebildet sind, stabil miteinander gekoppelt sein. Weil jeder Vertiefungsabschnitte 220 den entsprechenden Vorsprung 120 im Innenraum 221 desselben aufnimmt, und der Endabschnitt des Vertiefungsabschnitts 220 mit der Außenfläche 111 des Grundkörpers 110 verbunden und in Kontakt ist, kann die Kopplungskraft zwischen dem Hutteil 100 und dem Reibteil 200 erhöht werden.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der Vorsprung 120 in einen ersten vorstehenden Körper 121, der von der Außenfläche 111 des Grundkörpers 110 vorsteht, und so geformt ist, dass er allmählich in der Dicke mit abnehmendem Abstand zum Endabschnitt desselben in der axialen Richtung verringert ist, und in einen zweiten vorstehenden Körper 122 unterteilt, der sich von dem ersten vorstehenden Körper 121 nach außen erstreckt und so geformt ist, dass er allmählich in der Dicke mit abnehmendem Abstand zu seinem Endabschnitt vergrößert wird. Dementsprechend kann der Vorsprung 120 am dünnsten an der Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper 121 und dem zweiten vorstehenden Körper 122 sein.
Hierbei kann der Begriff „Dicke“ den Abstand von einem Seitenendabschnitt zu dem anderen Seitenendabschnitt in der axialen Richtung bedeuten.
Der erste vorstehende Körper 121 des Vorsprungs 120 ist der Abschnitt, der von der Außenfläche 111 des Grundkörpers 110 vorsteht, und kann so geformt sein, dass er allmählich in der Dicke mit abnehmender Entfernung zu seinem Endabschnitt verringert wird.
Der zweite vorstehende Körper 122 des Vorsprungs 120 ist der Abschnitt, der sich von dem ersten vorstehenden Körper 121 in der Richtung erstreckt, in die der erste vorstehende Körper 121 vorsteht, und kann in den Innenraum 221 in dem Vertiefungsabschnitt 220 eingesetzt werden, um direkt mit dem Vertiefungsabschnitte 220 gekoppelt zu sein. Die Dicke des zweiten vorstehenden Körpers 122 kann allmählich mit abnehmendem Abstand zu seinem Endabschnitt vergrößert sein. Unterdessen kann der Vorsprung 120 in Abhängigkeit von den Eigenschaften der jeweiligen Formen des ersten und des zweiten vorstehenden Körpers 121 und 122 an der Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper 121 und dem zweiten vorstehenden Körper 122 am dünnsten sein, was verhindern kann, dass der Vorsprung 120 von dem Innenraum 221 in dem entsprechenden Vertiefungsabschnitt 220 getrennt wird.
Wie aus 3 ersichtlich, die den Querschnitt entlang der Linie A-A von 2 zeigt, kann die Breite des Vorsprungs 120 allmählich mit abnehmendem Abstand zu dem Endabschnitt des Vorsprungs 120 verringert sein.
Der Begriff „Breite“ kann hier die Richtung rechtwinklig zu der Länge in der gleichen Ebene bedeuten, wenn die Länge als die Richtung definiert ist, in die der Vorsprung 120 vorsteht.
Da der Vorsprung 120 so geformt ist, dass er mit zunehmendem Abstand zu seinem Endbereich allmählich verringert wird, kann beim Gießen des Reibteils 200 in dem Zustand, in dem das Hutteil 100 in eine Form eingesetzt wird, geschmolzenes Metall gegossen werden ohne einen Leerraum zu belassen, was es ermöglicht, dass der Vertiefungsabschnitt 220 geformt wird, um den Vorsprung 120 fest zu umschließen.
Unter Bezugnahme auf 6, wird auf der Grundlage der radialen Richtung das Verhältnis der Länge, die der Vorsprung 120 von der Außenfläche 111 des Grundkörpers 110 vorsteht zu der Länge von des Endabschnitts des Vertiefungsabschnitts 220 zu dem Außenumfang des Ringkörpers 210, im Bereich von 0,18 bis 0,28 liegen.
Der Wert, der durch Dividieren der Länge „a“ von dem Endabschnitt des Vorsprungs 120 zu der Außenoberfläche 111 des Grundkörpers 110 durch die Länge „b“ von dem Endabschnitt des Vertiefungsabschnitts 220, der in Kontakt mit der Außenoberfläche 111 des Hutteils 110 kommt, zu dem Außenumfang des Ringkörpers 210 erhalten wird, kann im Bereich von 0,18 bis 0,2 liegen. Mit anderen Worten kann die Länge von dem Endabschnitt des Vertiefungsabschnitt 220, der mit der Außenfläche 111 des Hutteils 110 in Kontakt kommt, zu dem Außenumfang des Ringkörpers 210 die Länge bedeuten, die durch Subtrahieren des Innendurchmessers des Ringkörpers 210 von dem Außendurchmesser des Ringkörpers 210 erhalten wird.
Wenn dieses Verhältnis unter 0,18 liegt, kann die Fläche zum Stützen, wenn das Drehmoment in der Drehrichtung angelegt wird, verringert werden, was eine effektive Verteilung der Spannung verhindern kann. Wenn andererseits dieses Verhältnis 0,28 übersteigt, ist die Länge des Vorsprungs 120 übermäßig größer als der Innendurchmesser des Ringkörpers 210, was eine instabile Vibration beim Bremsen verursachen kann, und eine Belastung des Vorsprungs 120 verursachen kann, was zu einer erhöhten maximalen Spannung aufgrund der Natur der Struktur führt.
Dementsprechend ist es sinnvoll für das Verhältnis der Länge, die der Vorsprung 120 von der Außenfläche 111 des Grundkörpers 110 ragt zu der Länge von des Endabschnitt des Vertiefungsabschnitts 220 zu dem Außenumfang des Ringkörpers 210, derart zu steuern, dass es in den Bereich von 0,18 bis 0,28 fällt.

Ein konkretes Beispiel ist in der folgenden Tabelle 1 dargestellt. [Tabelle 1]

Vergleichsbeispiel 1 (Verhältnis: 0,17)		Beispiel (Verhältnis: 0,23)		Vergleichsbeispiel 2 (Verhältnis: 0,29)
Hutteil Maximal-Spannung	Reibteil Maximal-Spannung	Hutteil Maximal-Spannung	Reibteil Maximal-Spannung	Hutteil Maximal-Spannung
174 Mpa	181 Mpa	154 MPa	159 MPa	175 MPa

Im Fall des Vergleichsbeispiels 1 beträgt das Verhältnis der Länge, die der Vorsprung 120 von der Außenfläche 111 des Grundkörpers 110 ragt zu der Länge des Endabschnitt des Vertiefungsabschnitts 220 zu dem Außenumfang des Ringkörpers 210, 0,17,und somit kann eine effektive Spannungsverteilung nicht erreicht werden. Somit ist ersichtlich, dass die maximalen Spannungen, die auf den Hutteil 100 und den Reibteil 200 ausgeübt werden, jeweils um 13% und 14% gegenüber dem Beispiel erhöht sind.
Im Fall des Vergleichsbeispiels 2 ist das Verhältnis der Länge, die der Vorsprung 120 von der Außenfläche 111 des Grundkörpers 110 ragt zur Länge des Endabschnitts des Vertiefungsabschnitts 220 zu dem Außenumfang des Ringkörper 210, 0,29, und somit ist eine Last direkt auf den Vorsprung 120 aufgebracht. Somit ist ersichtlich, dass die maximalen Spannungen, die auf das Hutteil 100 und das Reibteil 200 ausgeübt werden, jeweils um 14% und 15% gegenüber dem Beispiel erhöht sind.
Unter Bezugnahme auf 6, kann das Verhältnis der Dicke an der Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper 121 und dem zweiten vorstehenden Körper 122 zu der Dicke des Ringkörpers 210 im Bereich von 0,35 bis 0,40 liegen.
Der Wert, der durch Dividieren der Dicke „c‟ an der Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper 121 und dem zweiten vorstehenden Körper 122 durch die Dicke „d“ des den Vorsprung 120 umschließenden Ringkörpers 210 erhalten wird, kann im Bereich von 0,35 bis 0,40 liegen.
Bei der Durchführung des Gussformens kann die Dicke eines geformten Gegenstandes mindestens 5 mm betragen, um eine gewünschte Form zu realisieren. Wenn das Verhältnis der Dicke an der Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper 121 und dem zweiten vorstehenden Körper 122 zu der Dicke des Ringkörpers 210 unter 0,35 liegt, kann die Dicke des Vorsprungs 120 geringer als eine minimale Dicke sein, wodurch Gieß-Fehler bewirkt werden. Wenn andererseits das Verhältnis der Dicke an der Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper 121 und dem zweiten vorstehenden Körper 122 zu der Dicke des Ringkörpers 210 0,40 übersteigt, wird eine Halbdicke „e“, die die Hälfte des Wertes beträgt, der durch Subtrahieren der Dicke des Vorsprungs 120 von der Dicke des Vertiefungsabschnitts 220, der den Vorsprung 120 umschließt, erhalten wird, verringert, was es schwierig macht, strukturelle Festigkeit zu erreichen, um einer vertikalen Belastung zu widerstehen, die auf die Reibfläche aufgebracht wird.
Dementsprechend ist es angemessen, dass das Verhältnis der Dicke an der Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper 121 und dem zweiten vorstehenden Körper 122 zu der Dicke des Ringkörpers 210 so gesteuert wird, dass es in den Bereich von 0,35 bis 0,40 fällt.
Wie in 7 gezeigt, kann der zweite vorstehende Körper 122 obere und untere Schrägen in der axialen Richtung aufweisen, und kann so ausgebildet sein, dass er um einen Winkel von 1,5 bis 2 Grad relativ zu imaginären Linien geneigt ist, die sich parallel zu der radialen Richtung nach oben und nach unten am oberen Endabschnitt und am unteren Endabschnitt der Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper 121 und dem zweiten vorstehenden Körper 122 erstrecken.
Der Winkel, um den der zweite vorstehende Körper 122 von der Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper 121 und dem zweiten vorstehenden Körper 122 nach oben und unten geneigt werden kann, kann so gesteuert werden, dass er in den Bereich von 1,5 Grad bis 2 Grad relativ zu imaginären Linien fällt, sie sich parallel zu der radialen Richtung an dem oberen Endabschnitt und dem unteren Endabschnitt der Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper 121 und dem zweiten vorstehenden Körper 122 erstrecken.
Wenn der Vorsprung 120, der mit dem Vertiefungsabschnitt 220 gekoppelt ist, nach oben und nach unten geneigt ist, d.h. mit Gegenabschrägen versehen ist, mit abnehmendem Abstand zu seinem Endabschnitt, kann eine Expansion in der radialen Richtung bei Wärmeausdehnung unterdrückt werden. Dementsprechend kann eine Deformation, die eine Vibration von Elementen verursacht, unterdrückt werden.
Wenn die Halbdicke „e“, die die Hälfte des Werts ist, der durch Subtrahieren der Dicke des Vorsprungs 120 von der Dicke des Vertiefungsabschnitts 220 erhalten wird, der den Vorsprung 120 umschließt, nicht 3,5 mm erreicht, wird die maximale Spannung schnell reduziert von etwa 186 MPa auf etwa 166 MPa auf der Basis der Dicke von 3,5 mm.
Wenn jeder der oberen und unteren Schrägen des Vorsprungs 120 unter 1,5 Grad liegt, ist es schwierig, die Wirkungen der oben erwähnten Gegenschrägen vorwegzunehmen und eine gewünschte Form durch Gießen zu realisieren. Wenn andererseits jede der oberen und untere Schrägen des Vorsprungs 120 2 Grad übersteigt, beträgt die Halbdicke „e“, die die Hälfte des Wertes ist, der durch Subtrahieren der Dicke des Vorsprungs 120 von der Dicke des Vertiefungsabschnitts 220 erhalten wird, der den Vorsprung 120 umschließt, 3,5 mm oder weniger, was es schwierig macht, strukturelle Festigkeit zu erreichen, um der vertikalen Belastung zu widerstehen, die auf die Reibfläche aufgebracht wird. Demgemäß ist es sinnvoll für den Winkel, um den der zweite vorstehende Körper 122 relativ zu den imaginären Linien, die sich parallel zu der radialen Richtung an dem oberen Endabschnitt und dem unteren Endabschnitt der Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper 121 und dem zweiten vorstehenden Körper 122 erstrecken, nach oben und nach unten geneigt ist, derart zu steuern, dass er in den Bereich von 1,5 Grad bis 2 Grad fällt.

Ein konkretes Beispiel ist in der folgenden Tabelle 2 dargestellt. [Tabelle 2]

	Vergleichsbeispiel 1 (Neigung: 1°)	Beispiel (Neigung: 2°)	Vergleichsbeispiel 2 (Neigung: 3°)
Axiale Bregrenzungsdicke	0,28 mm	0,28 mm	0,28 mm
Dicke gesteigert durch Neigung	0,46 mm	0,90 mm	1,36 mm
Halbdicke „e“, welche die Hälfte des Wertes ist, welcher erhalten wird durch Subtrahieren der Dicke des Vorsprungs von der Dicke des Vertiefungsabschnitts, der den Vorsprung umgibt	3,77 mm	3,55 mm	3,32 mm

Der Vergleich des obigen Beispiels und der Vergleichsbeispiele wurde unter der Annahme durchgeführt, dass die Dicke an der Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper 121 und dem zweiten vorstehenden Körper 122 in dem gesamten Beispiel und den Vergleichsbeispielen 5 mm beträgt.
Obwohl im Fall des Vergleichsbeispiels 1 die Halbdicke „e“, die die Hälfte des Wertes ist, der durch Subtrahieren der Dicke des Vorsprungs 120 von der Dicke des Vertiefungsabschnitts 220 erhalten wird, der den Vorsprung 120 umschließt, 3,77 mm beträgt, und somit die Anforderung von 3,5 mm oder mehr erfüllt, ist es schwierig, diese Form zu verwirklichen. Im Fall des Vergleichsbeispiels 2 hat die Halbdicke „e“, die die Hälfte des Werts ist, der durch Subtrahieren der Dicke des Vorsprungs 120 von der Dicke des Vertiefungsabschnitts 220 erhalten wird, der den Vorsprung 120 umschließt, den Wert von 3,5 mm oder weniger, und daher ist es schwierig, strukturelle Festigkeit zu erreichen, um der vertikalen Belastung zu widerstehen, die auf die Reibfläche aufgebracht wird.
Eine Vielzahl von Brücken, die durch die Vorsprünge 120 und die Vertiefungsabschnitte 220 gebildet sind, sind voneinander um den gleichen Abstand entlang der Außenfläche 111 des Grundkörpers 110 und dem Umfang der Durchgangsöffnung 211 beabstandet, wodurch Austrittsöffnungen 10 zwischen den Brücken gebildet werden können. Die Anzahl der Brücken kann neun sein.
Die Betriebsart der Bremsscheibe hängt von der Korrelation des Judder-Phänomens ab, das die Vibration der Bremse während des Bremsens ist, und dem Hot-Spot-Phänomen. Unter den Betriebsarten der Bremsscheibe können sich Hot-Spots überlappen, wenn ein Biegungsmodus außerhalb der Ebene (entlang der axialen Richtung) aufgebracht wird. Im vorliegenden Fall kann das Hot-Spot-Phänomen leicht auftreten.
Die Anzahl der über die Kopplung der Vorsprünge 120 und der Vertiefungsabschnitte 220 gebildeten Brücken kann vorteilhafterweise eine ungerade Zahl sein, um ein Überlappen zu vermeiden. Wenn die Anzahl der Brücken sieben ist, kann die strukturelle Festigkeit verschlechtert sein. Wenn die Anzahl der Brücken elf ist, kann das Gesamtgewicht erhöht sein, und daher ist es schwierig, eine leichte Ausgestaltung zu erreichen. Dementsprechend kann die Anzahl der Brücken neun sein.
Wenn eine Wärmeübertragungsanalyse der Struktur einer Bremsscheibe durchgeführt wird, bei der die Anzahl der Brücken neun beträgt, resultiert die in 8 gezeigte Wärmeverteilung, und neun Hot-Spots werden erzeugt.
Unter den Ergebnissen der Frequenzreaktionsanalyse der Bremsscheibe kann der Biegungsmodus außerhalb der Ebene (entlang der axialen Richtung), wie in 9 dargestellt, erscheinen, und die Anzahl der Hot-Spots, die zu diesem Zeitpunkt erzeugt werden, kann vier, sechs, acht, zehn oder zwölf sein, und es wird festgestellt, dass sie sich nicht mit neun Hot-Spots als Ergebnis der Wärmeübertragungsanalyse überlappen, was eine Linderung der Erzeugung des Judder-Phänomens ermöglicht.
Ein Verfahren zum Herstellen der Festkörper-Bremsscheibe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen ersten Gießschritt zum Gießen des Hutteils 100, das den kreisförmigen Grundkörper 110, der an der Drehwelle des Rades angebracht ist, und die Vorsprünge 120 umfasst, die von der Außenoberfläche 111 des Grundkörpers 110 in der Umfangsrichtung vorstehen, einen Einsetzschritt des Einsetzens des Hutteils 100 in eine Form, und einen zweiten Gießschritt des Gießens des Reibteils 200, das den Ringkörper 210 mit der Durchgangsöffnung 211 in der Mitte davon zum Aufnehmen des Hutteils 100 in der Durchgangsöffnung 211 und die Vertiefungsabschnitte 220 enthält, die von dem Umfang der Durchgangsöffnung 211 zu den Vorsprüngen 120 vorstehen, wobei die Vertiefungsabschnitte 220 mit den Vorsprüngen 120 verbunden sind, um die Vorsprünge 120 zu umschließen.
Der erste Gießschritt kann sandgussartig durchgeführt werden. Die Vorsprünge 120 können in einem Gusszustand ohne separate Verarbeitung verarbeitet werden.
Das Hutteil 100 kann vor dem Einsetzschritt vorgewärmt werden. Zu diesem Zeitpunkt kann die Vorwärmtemperatur 450 ± 50 °C sein. Dieses Vorwärmen wird durchgeführt, um die Fließfähigkeit von geschmolzenem Metall in den Vorsprüngen 120 beim Differentialgießen zu verbessern.
In dem ersten Gießschritt und dem zweiten Gießschritt wird Gusseisen zum Gießen des Hutteils 100 und des Reibteils 200 verwendet. Die Festigkeit des Gusseisens, das verwendet wird, um das Hutteil 100 zu gießen, kann höher sein als die Festigkeit des Gusseisens, das zum Gießen des Reibteils 200 verwendet wird.
Im Fall des Hutteils 100 kann Kugelgraphit-Gusseisen mit einem Niveau von 400 MPa oder mehr verwendet werden. In dem Fall des Reibteils 200 kann Graugraphit-Gusseisen einem Niveau von 200 MPa oder mehr verwendet werden.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, werden bei einer Festkörper-Bremsscheibe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Hutteil und ein Reibteil separat geformt und miteinander gekoppelt, wodurch eine stabile Kopplung dazwischen aufgrund einer starken Kopplung zwischen den Vorsprüngen und den Vertiefungsabschnitte erreicht wird.
Auf diese Weise kann die Festkörper-Bremsscheibe eine Drehmomentbelastung aushalten, und kann eine Dimensionsbegrenzung überwinden, die durch die Eigenschaften der Konfiguration verursacht wird, in der das Hutteil und das Reibteil separat ausgebildet sind. Dies kann es ermöglichen, dass die Gewichte von Elementen reduziert werden.
Zur Vereinfachung der Erläuterung und der genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „oberes“, „unteres“, „inneres“, „äußeres“, „oben“, „unten“, „oberes“, „unteres“, ''„Nach innen“, „nach innen“, „nach innen“, „nach außen“, „nach innen“, „nach innen“, „nach innen“, „nach innen“ und „rückwärts‟ verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Positionen von Merkmalen zu beschreiben, die in den Figuren dargestellt sind.
Die vorstehenden Beschreibungen von spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zu Zwecken der Darstellung und Beschreibung vorgestellt. Sie sind nicht beabsichtigt, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die präzise offenbarten Formen zu beschränken, und offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen im Lichte der obigen Lehren möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um es anderen Fachleuten zu ermöglichen, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen davon herzustellen und zu verwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Bereich der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert ist.

Claims

Festkörper-Bremsscheibe, umfassend: ein Hutteil (100) mit einem kreisförmigen Grundkörper (110), der an einer Drehwelle eines Rads anbringbar ist, und einer Vielzahl von Vorsprüngen (120), die in einer Umfangsrichtung von einer Außenfläche des Grundkörpers (110) vorstehen; und ein Reibteil (200) mit einem Ringkörper (210) mit einer in einer Mitte davon ausgebildeten Durchgangsöffnung zur Aufnahme des Hutteils (100) in der Durchgangsöffnung, und Vertiefungsabschnitten (220), die von einem Umfang der Durchgangsöffnung zu den jeweiligen Vorsprüngen (120) vorstehen, wobei die Vertiefungsabschnitte (220) mit den entsprechenden Vorsprüngen (120) verbunden sind, um die Vorsprünge (120) zu umschließen, wobei jeder der Vorsprünge (120) in einen ersten vorstehenden Körper (121), der von der Außenseite des Grundkörpers (110) vorsteht und so geformt ist, um in seiner Dicke mit abnehmender Distanz in einer axial Richtung zu seinem Endabschnitt verjüngt zu sein, und in einen zweiten vorstehenden Körper (122) unterteilt ist, der sich von dem ersten vorstehenden Körper (121) nach außen erstreckt und so geformt ist, um in der Dicke mit abnehmender Distanz zu einem Endabschnitt davon vergrößert zu sein, wobei der Vorsprung (120) an einer Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper (121) und dem zweiten vorstehenden Körper (122) am dünnsten ist, wobei der zweite vorstehende Körper obere und untere Schrägen in axialer Richtung aufweist, und geformt ist, um in einem Winkel von 1,5 bis 2 Grad gegenüber imaginären Linien geneigt zu sein, die parallel verlaufen zu einer radialen Richtung an einem oberen Endabschnitt und einem unteren Endabschnitt einer Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper (121) und dem zweiten vorstehenden Körper (122).
Bremsscheibe nach Anspruch 1, wobei jeder der Vertiefungsabschnitte (220) einen Endabschnitt aufweist, der mit der Außenfläche des Grundkörpers (100) in Kontakt ist, und mit einem Innenraum zum Umschließen der entsprechenden Vorsprünge (120) versehen ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, wobei jeder der Vorsprünge (120) geformt ist, um in seiner Breite mit abnehmender Distanz zu seinem Endabschnitt verjüngt zu sein.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis einer Länge, die jeder Vorsprung (120) von der Außenseite des Grundkörpers (110) in radialer Richtung zu einer Länge von einem Endabschnitt jedes Vertiefungsabschnitts zu einem Außenumfang des Ringkörper (210) ragt, im Bereich von 0,18 bis 0,28 ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis einer Dicke an einer Grenze zwischen dem ersten vorstehenden Körper (121) und dem zweiten vorstehenden Körper (122) zu einer Dicke des Ringkörpers (210) von 0,35 bis 0,40 reicht.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, wobei die Vorsprünge (120) und die Vertiefungsabschnitte (220) eine Vielzahl von Brücken bilden, die in gleichem Abstand voneinander entlang einer Außenfläche des Grundkörpers (110) und einem Umfang der Durchgangsöffnung beabstandet sind, um Austrittsöffnungen zwischen den Brücken zu bilden.
Bremsscheibe nach Anspruch 6, wobei eine Anzahl von Brücken neun ist.
Verfahren zum Herstellen einer Festkörper-Bremsscheibe, wobei das Verfahren umfasst: - Gießen eines Hutteils (100), das einen kreisförmigen Grundkörper aufweist, der an einer Drehwelle eines Rades angebracht ist, und eine Vielzahl von Vorsprüngen (120), die von einer Außenfläche des Grundkörpers (110) in einer Umfangsrichtung vorstehen; - Einsetzen des Hutteils (100) in eine Form; und - Gießen eines Reibteils (200), das einen Ringkörper (210) mit einer Durchgangsöffnung in einer Mitte davon zum Aufnehmen des Hutteils (100) in der Durchgangsöffnung und Vertiefungsabschnitte (220) aufweist, die von einem Umfang der Durchgangsöffnung zu den entsprechenden Vorsprüngen (120) vorstehen, wobei die Vertiefungsabschnitte (220) mit den entsprechenden Vorsprüngen (120) verbunden sind, um die Vorsprünge (120) zu umschließen, wobei beim Gießen des Hutteils (100) und beim Gießen des Reibteils (200) Gusseisen zum Gießen des Hutteils (100) und des Reibteils (200) verwendet wird, und eine Festigkeit des verwendeten Gusseisens, welches verwendet wird, um das Hutteil (100) zu gießen, höher ist als eine Festigkeit des Gusseisens, welches zum Gießen des Reibteils verwendet wird.