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Die Erfindung betrifft eine innenbelüftete Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.
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Es ist bekannt, dass bei innenbelüfteten Bremsscheiben die Anordnung der Stege und deren Abstand untereinander maßgeblich die Kühlleistung der Bremsscheibe und damit auch das Komfortverhalten der Bremsscheibe beim Bremsvorgang beeinflussen: Während z.B. ein geringer Abstand der Stege untereinander für eine homogene Temperaturverteilung auf der Bremsscheibenoberfläche und damit gutes Komfortverhalten förderlich ist, wird durch den geringen Abstand der Stege die Durchströmung mit Kühlluft und damit die Wärmeabfuhr über Konvektion behindert.
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Eine gattungsgemäße innenbelüftete Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs umfassend zwei Reibringe, die über Stege so miteinander verbunden sind, dass deren Zwischenräume mit Kühlluft durchströmbare Kühlkanäle bilden, ist in der
DE 103 04 299 A1 offenbart. Die offenbarte Bremsscheibe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Stege als sogenannte primäre Stege sowie zwischen den primären Stegen angeordnete sekundäre Stege ausgebildet sind, wobei der dem inneren Umfang der Bremsscheibe zugewandte Endbereich der sekundären Stege gegenüber dem Endbereich der primären Stege zurückversetzt ist, um die am inneren Umfang der Bremsscheibe zur Verfügung stehende Querschnittsfläche zum Eintritt der Kühlluft möglichst groß zu halten. Als nachteilig erweist sich hierbei, dass die Zurückversetzung der sekundären Stege eine inhomogene Temperaturverteilung am inneren Randbereich der Bremsscheibenoberfläche zur Folge hat, was wiederum zu Komforteinbußen beim Bremsen (sogenanntes Bremsenrubbeln) führen kann.
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Eine andere hinlänglich bekannte Ausgestaltung einer innenbelüfteten Bremsscheibe sieht vor, dass die zwischen den Reibringen angeordneten Stege sich vom äußeren Umfang der Reibringe bis zum inneren Umfang der Reibringe erstrecken. Lediglich beispielhaft wird auf die
DE 1 630 304 A und
DE 2 257 176 A verwiesen. Die sich bis zum inneren Umfang erstreckenden Stege bewirken zwar eine homogenere Temperaturverteilung, verringern aber gleichzeitig deutlich den Lufteintrittsquerschnitt und damit die Kühlungseigenschaften.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine innenbelüfte Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass neben einer guten Kühllufteinströmung in die Kühlkanäle und damit guter Kühlung auch ein hohes Komfortverhalten der Bremsscheibe gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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In bekannter Art und Weise umfasst die innenbelüftete Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs einen ersten und einen zweiten Reibring, die über Stege so miteinander verbunden sind, dass deren Zwischenräume mit Kühlluft durchströmbare Kühlkanäle bilden.
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Erfindungsgemäß sind die Stege in Form von sich in radialer Richtung (r) betrachtet bis zum Innenumfangsrand, d.h. Innenumfangsradius der Reibringe erstreckende Primärstege sowie in Umfangsrichtung betrachtet zwischen den Primärstegen angeordnete Sekundärstege ausgebildet, wobei die Sekundärstege im Bereich ihrer in radialer Richtung (r) betrachtet inneren Endbereiche jeweils einen Spalt aufweisen, der die Sekundärstege in eine am ersten Reibring angeordnete, sich bis zum Innenumfangsradius des ersten Reibrings erstreckende erste Stegschulter und eine am zweiten Reibring angeordnete, sich bis zum Innenumfangsradius des zweiten Reibrings erstreckende zweite Stegschulter trennt.
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Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist, dass durch die bis zum Innenumfangsrand bzw. Innenumfangsradius reichenden Stegschultern am inneren Randbereich der Bremsscheibenoberfläche ein im Vergleich zum Stand der Technik gemäß der
DE 103 04 299 A1 deutlich verbesserter Wärmeabfluss von den Reibringen hin zu den Kühlkanälen sichergestellt ist. Dies wiederum hat in vorteilhafter Weise eine lokale Temperarturabsenkung in diesem Bereich zur Folge, mit dem Effekt, dass eine homogenere Temperarturverteilung der Bremsscheibenoberfläche gewährleistet ist, was sich positiv auf das Komfortverhalten der Bremsscheibe auswirkt. Da zudem aufgrund des erfindungsgemäß vorgesehenen und angeordneten Spaltes am inneren Endbereich der Sekundärstege die Kühlkanäle einen verhältnismäßig großen Lufteintrittsquerschnitt aufweisen, wird eine gutes Einströmen von Kühlluft in die Kühlkanäle ermöglicht, mit der Konsequenz, dass ein hoher Kühlluftdurchsatz durch die Kühlkanäle und damit eine hohe Wärmeabfuhr über Konvektion sichergestellt ist.
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D.h. durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Bremsscheibe ist damit in vorteilhafter Weise ein optimaler Kompromiss zwischen einem möglichst großen Lufteintrittsquerschnitt am Innenumfangsrand der Reibringe für eine gute Kühlung und einer möglichst homogenen Temperaturverteilung auf der Bremsscheibenoberfläche für einen guten Bremskomfort ermöglicht.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Bremsscheibe sieht dabei vor, dass sich der Spalt in radialer Richtung (r) nach außen betrachtet bis zu einem Spaltradius erstreckt, für den bezogen auf den Innenumfangsradius der Reibringe gilt:
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Wie erste Untersuchungen gezeigt haben, ist hierdurch in vorteilhafter Weise am Innenumfang der Bremsscheibe ein ausreichender großer Wärmeabfluss zu den Kühlkanälen gewährleistet, so dass die beabsichtigte, möglichst homogene Temperaturverteilung auf der Bremsscheibenoberfläche sichergestellt ist.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsscheibe zeichnet sich dadurch aus, dass bezogen auf die in axialer Richtung (a) betrachtete Kühlkanalbreite D
a der Kühlkanäle der Spalt in axialer Richtung (a) betrachtet eine Spaltbreite S
a aufweist, für die gilt:
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Hierdurch ist in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass ein ausreichend großer, für eine gute Kühllufteinströmung und damit gute Kühlung benötigte Lufteintrittsquerschnitt am Innenumfangsrand der Reibringe zur Verfügung gestellt ist.
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Lediglich der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass unter der Kühlkanalbreite Da der in axialer Richtung (a) betrachtet lichte Abstand zwischen den beiden Reibringen zu verstehen ist.
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Vorzugsweise ist dabei der Spalt so positioniert, dass die Stegschultern in axialer Richtung (a) betrachtet eine gleiche Höhe, nachfolgend als Steghöhe H
a bezeichnet, aufweisen, für die - bezogen auf die Kühlkanalbreite Da - gilt:
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Hierdurch ist in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass der über die Stegschultern stattfindende Wärmeabfluss für beide Reibringe identisch ist, was sich wiederum positiv auf die angestrebte homogene Temperaturverteilung der Gesamtscheibe auswirkt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Bremsscheibe zeichnet sich dadurch aus, dass die Reibringe neben den Primär- und Sekundärstegen zusätzlich noch über Tertiärstege miteinander verbunden sind. Die Tertiärstege sind dabei in Umfangsrichtung betrachtet zwischen den Primär- und Sekundärstegen angeordnet und auf den radial äußeren Bereich der Reibringe begrenzt, d.h. dass sich die Tertiärstege ausgehend vom Außenumfangsrand, d.h. Außenumfangsradius der Reibscheiben in radialer Richtung (r) nach innen betrachtet sich lediglich bis zu einem Tertiärinnenradius R
Tertiär erstrecken, für den gilt:
wobei mit Rinnen der Innenumfangsradius der Reibringe bezeichnet ist.
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Die Tertiärstege bewirken eine zusätzliche axiale Abstützung der radial äußeren Bereiche der Reibringe und damit des in einem Bremssattel laufenden, bei einem Bremsvorgang mit axialen Kräften beaufschlagten Bereichs der Bremsscheibe. Die Gefahr einer durch die Beaufschlagung mit axialen Kräften bedingten Durchbiegung der Bremsscheibe wird hierdurch vermindert, was sich wiederum positiv auf das Komfortverhalten der Bremsscheibe auswirkt.
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Vorzugsweise sind die zwischen den Reibringen angeordneten Stege, d.h. die Primär- und Sekundärstege und - soweit vorhanden - auch die Tertiärstege einen gekrümmten Verlauf aufweisend ausgebildet. Aufgrund des auftretenden „Schaufeleffekts“ ist hierdurch in vorteilhafter Weise ein erhöhter Kühlluftdurchsatz und damit eine verbesserte Kühlleistung ermöglicht.
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Eine alternative, in der Herstellung günstigere Ausgestaltung sieht vor, dass die Primär- und Sekundärstege und - soweit vorhanden - auch die Tertiärstege, „gerade“, d.h. sich in radialer Richtung (r) erstreckend ausgerichtet ausgebildet sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Bremsscheibe mehrteilig ausgebildet, d.h. die Reibringe sind über mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Verbindungselemente mit einem Bremsscheibentopf verbunden, wobei die Primärstege im Bereich ihrer in radialer Richtung betrachtet inneren Endbereiche einen Befestigungsabschnitt aufweisend ausgebildet sind, in dem die Verbindungselemente über ihre reibringseitigen Enden gehalten sind. Dies ermöglicht eine gewichtsoptimierte Ausgestaltung, z.B. durch Ausbildung des Bremsscheibentopfes aus einem Leichtbaumaterial, wie z.B. einer Aluminiumlegierung, und Ausbildung der Reibringe aus Grauguss oder auch - für eine besonders gewichtsoptimierte Ausbildung - aus einem keramischen Faserverbundwerkstoff.
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Vorzugsweise weisen dabei die Befestigungsabschnitte in Umfangsrichtung betrachtet am radialen Innenumfang der Bremsscheibe eine Befestigungsabschnittstiefe B
u auf, für die gilt:
wobei unter der Primärstegtiefe P
u die am radialen Außenumfang der Bremsscheibe vorliegende, in Umfangsrichtung betrachtete Tiefe der Primärstege zu verstehen ist.
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Hierdurch ist in vorteilhafter Weise ausreichend Material für die Aufnahme der reibringseitigen Enden der Verbindungselemente zur Verfügung gestellt, so dass eine ausreichend hohe Festigkeit sichergestellt ist und damit die Gefahr eines „Ausreißen“ der Verbindungselemente zu vernachlässigen ist.
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Um sicherzustellen, dass sich die Reibringe bei Erwärmung ohne die Gefahr einer Verspannung in radialer Richtung ausdehnen können, sind die in radialer Richtung (r) ausgerichteten, stiftförmig ausgebildeten reibringseitigen Enden der Verbindungselemente eine Spieltoleranz aufweisend in den Befestigungsabschnitten der Primärstege gehalten.
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Eine alternative, kostengünstigere Ausführungsform der Bremsscheibe sieht vor, dass die Reibscheiben und der Bremsscheibentopf als ein einteiliges Gussbauteil ausgebildet sind.
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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
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In der Zeichnung bedeutet:
- 1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen innenbelüfteten Bremsscheibe eines Kraftfahrzeugs;
- 2 die Bremsscheibe aus 1 in geschnittener Darstellung entlang A-A, und
- 3 eine erfindungsgemäße Bremsscheibe in einer Darstellung schräg von oben.
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1 zeigt eine insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete innenbelüftete Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs. Die Bremsscheibe 10 umfasst einen ersten Reibring 12-1 und einen zweiten Reibring 12-2. Die beiden Reibringe 12-1 und 12-2 sind über Stege so miteinander verbunden, dass deren Zwischenräume mit Kühlluft durchströmbare Kühlkanäle 14 bilden. Die in axialer Richtung (a) betrachtete Kühlkanalbreite der Kühlkanäle, d.h. der lichte Abstand zwischen den beiden Reibringen 12-1, 12-2 ist nachfolgend mit dem Bezugszeichen Da bezeichnet.
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Die Bremsscheibe 10 umfasst ferner einen Bremsscheibentopf 16, der über mehrere in Umfangsrichtung (u) verteilt angeordnete Verbindungsmittel 18 mit den Reibringen 12-1, 12-2 verbunden ist.
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Wie aus 2 ersichtlich, sind die beiden Reibringe 12-1 und 12-2 vorliegend über drei unterschiedlich ausgebildete, sich jeweils vom Außenumfangsradius RAußen betrachtet gekrümmt radial nach innen erstreckende Stege miteinander verbunden:
- Die mit dem Bezugszeichen 20 bezifferten und nachfolgend als Primärstege bezeichneten Stege erstrecken sich dabei in radialer Richtung (r) betrachtet bis zum Innenumfangsradius RInnen der Reibringe 12-1, 12-2. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weisen die Primärstege 20 zudem im Bereich ihrer in radialer Richtung (r) betrachtet inneren Endbereiche jeweils einen Befestigungsabschnitt 20-1 auf, in dem die Verbindungsmittel 18 über ihre reibringseitigen Enden gehalten sind.
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Die mit dem Bezugszeichen 22 bezeichneten Sekundärstege zeichnen sich dadurch aus, dass diese im Bereich ihrer in radialer Richtung (r) betrachteten inneren Endbereiche jeweils einen Spalt 23 aufweisen, der die Sekundärstege 22 in eine am ersten Reibring 12-1 angeordnete, sich bis zum Innenumfangsradius RInnen erstreckende erste Stegschulter 22-1 und eine am zweiten Reibring 12-2 angeordnete, sich bis zum Innenumfangsradius RInnen erstreckende zweite Stegschulter 22-2 trennt, vgl. 3.
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Wie 2 und 3 weiter zu entnehmen ist, erstreckt sich dabei der Spalt 23 in radialer Richtung (r) nach außen betrachtet bis zu einem Spaltradius RSpalt, der vorliegend ca. das 1,25 fache des Innenumfangsradius RInnen entspricht, d.h. RSpalt ≈ 1,25 * RInnen und in axialer Richtung (a) betrachtet ist der Spalt 23 so dimensioniert, dass der Spalt 23 eine Spaltbreite Sa aufweist, die ca. 1/3 der Kühlkanalbreite Da entspricht, d.h. Sa ≈ 0,33 * Da.
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Weiterhin ist der Spalt 23 in axialer Richtung (a) mittig positioniert, d.h. die erste und zweite Stegschulter 22-1, 22-2 weisen in axialer Richtung (a) betrachtet jeweils gleich große Steghöhen Ha auf. Unter Berücksichtigung der Spaltbreite Sa ≈ 0,33 * Da ergibt sich somit die Steghöhe Ha der ersten und zweiten Stegschulter 22-1 und 22-2 vorliegend zu:
- Steghöhe Ha der ersten Stegschulter 22-1
- = Steghöhe Ha der zweiten Stegschulter 22-2
- ≈ 0,335 * Da
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Durch die vorliegend beschriebene Ausgestaltung der Sekundärstege 22 ist einerseits über die Stegschultern 22-1 und 22-2 ein ausreichend guter Wärmeabfluss von den Reibringen 12-1, 12-2 in die Kühlkanäle 14 ermöglicht und andererseits ist aufgrund des Spaltes 23 ein verhältnismäßig großer Lufteintrittsquerschnitt in die Kühlkanäle 14 zur Verfügung gestellt, so dass neben einer homogeneren Temperaturverteilung der Bremsscheibenoberfläche und damit einem besseren Komfortverhalten der Bremsscheibe 10, auch ein hoher Kühlluftdurchsatz durch die Kühlkanäle 14 und damit eine hohe Wärmeabfuhr über Konvektion, d.h. Kühlung der Bremsscheibe 10 sichergestellt ist.
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Neben den bereits beschriebenen Primärstegen 20 und Sekundärstegen 22 sind - wie bereits ausgeführt - die beiden Reibringe 12-1 und 12-2 zusätzlich noch über die mit dem Bezugszeichen 24 bezifferten und nachfolgend als Tertiärstege bezeichneten Stege miteinander verbunden, vgl. 2.
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Wie aus
2 ersichtlich sind die Tertiärstege
24 Umfangsrichtung (u) betrachtet zwischen den Primärstegen
20 und den Sekundärstegen
22 angeordnet. Die Tertiärstege
24 zeichnen sich dadurch aus, dass diese in Vergleich zu den Primärstegen
20 deutlich verkürzt ausgebildet sind und sich vorliegend ausgehend vom Außenumfangsradius R
Außen in radialer Richtung nach innen betrachten bis zu einem Tertiärinnenradius R
Tertiär erstrecken, der vorliegend ca. das 1,4 fache des Innenumfangsradius R
Innen entspricht, d.h.
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Die Tertiärstege 24 haben den positiven Effekt, dass der radial äußere Bereich der Reibringe 12-1, 12-2 hierdurch eine zusätzliche axiale Abstützung erhält, mit der Konsequenz, dass der in einem Bremssattel laufende Bereich und damit der bei einem Bremsvorgang mit axialen Kräften beaufschlagte Bereich der Bremsscheibe 10 verstärkt ist, wodurch die Gefahr einer Durchbiegung der Bremsscheibe 10 in diesem Bereich vermindert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10304299 A1 [0003, 0010]
- DE 1630304 A [0004]
- DE 2257176 A [0004]
