DE102020100517A1 - Internally ventilated brake disc - Google Patents
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Abstract
Eine innenbelüftete Bremsscheibe, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, mit zwei abständigen Reibringen (1), die durch Kühlkanäle (3) begrenzende, auf mehreren konzentrischen Kreisen (4) bis (7) angeordnete Stege (2) miteinander verbunden sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil (d) der Stege (2) jedes Kreises mit unterschiedlichen Abständen (a, b, c) zueinander angeordnet sind und die Stege (2) jedes Kreises (4 bis 7) versetzt zu den Stegen (2) des benachbartes Kreises (4 bis 7) auf einer Linie (X) angeordnet sind, die von einer radialen Ausrichtung abweicht.An internally ventilated brake disc, in particular for a commercial vehicle, with two spaced friction rings (1) which are connected to one another by webs (2) which are arranged on several concentric circles (4) to (7) and are arranged on several concentric circles (4) to (7) are connected to one another, is characterized in that at least a part (d) of the webs (2) of each circle are arranged at different distances (a, b, c) from one another and the webs (2) of each circle (4 to 7) are offset from the webs (2) of the adjacent circle ( 4 to 7) are arranged on a line (X) which deviates from a radial orientation.
Description
Die Erfindung betrifft eine innenbelüftete Bremsscheibe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an internally ventilated brake disc according to the preamble of
Derartige Bremsscheiben kommen insbesondere in Bremssystemen von Nutzfahrzeugen zum Einsatz, wobei sie im Funktionsfall, d.h. bei einer Bremsung, mit Bremsbelägen korrespondieren, die mit ihren Reibseiten beidseitig an die Bremsscheibe gepresst werden.Such brake disks are used in particular in brake systems of commercial vehicles, and when they are functioning, i.e. during braking, they correspond to brake linings whose friction sides are pressed against the brake disk on both sides.
Um die Wärmebelastung der Bremsscheibe durch die beim Bremsen entstehende Reibungswärme zu reduzieren, weist die Bremsscheibe in dem zwischen zwei Reibringen gebildeten Zwischenraum Kühlkanäle auf, über die Wärme in Form von Konvektion und Wärmestrahlung abgegeben wird.In order to reduce the thermal load on the brake disc due to the frictional heat generated during braking, the brake disc has cooling channels in the space formed between two friction rings, through which heat is given off in the form of convection and thermal radiation.
Zur Verbindung der beiden Reibringe, die parallel und abständig zueinander positioniert sind, sind Stege vorgesehen, zwischen denen die Kühlkanäle gebildet sind.To connect the two friction rings, which are positioned parallel and spaced from one another, webs are provided, between which the cooling channels are formed.
Gemäß der Gattung sind diese Stege, die vorzugsweise bolzenförmig ausgebildet sind, mit einem runden oder unrunden Querschnitt, auf mehreren konzentrischen Kreisen angeordnet. Eine solche Bremsscheibe ist beispielsweise in der
Allerdings hat sich gezeigt, dass sich bei einer derartigen Konstruktion t sogenannte Hotspots bilden, d.h. heiße Punkte an den Reibringen, die gleichmäßig über den Umfang verteilt sind, was als „Heißrubbeln“ bekannt ist.However, it has been shown that with such a construction t so-called hotspots are formed, i.e. hot points on the friction rings that are evenly distributed over the circumference, which is known as "hot scratching".
Diese Hotspots haben zur Folge, dass sich vermehrt Hitzerisse bilden, die die Lebensdauer der Bremsscheibe deutlich reduzieren, wobei die Hitzerisse, ausgehend von etwa der Mitte des jeweiligen Reibrings, radial nach außen wachsen.The consequence of these hotspots is that more heat cracks form, which significantly reduce the service life of the brake disc, with the heat cracks growing radially outwards, starting from approximately the center of the respective friction ring.
Darüber hinaus ist durch die Wärmeeinwirkung eine Oberflächenveränderung der Außenseiten der Reibringe zu beobachten.In addition, a change in the surface of the outer sides of the friction rings can be observed due to the action of heat.
Zwar ist schon versucht worden, durch Auswahl eines geeigneten Reibmaterials der Bremsbeläge eine homogene Druckverteilung zu erreichen, jedoch treten stets diese vorbeschriebenen harmonischen Hotspots auf, die zu einer lokalen Überhitzung der Reibflächen führen.Attempts have already been made to achieve a homogeneous pressure distribution by selecting a suitable friction material for the brake linings, but these previously described harmonic hotspots always occur, which lead to local overheating of the friction surfaces.
Daraus ergeben sich metallurgische Umwandlungen und in der Folge daraus resultierend eine Versprödung der Oberfläche der Reibringe, was wiederum zur genannten Rissbildung beiträgt. Diese Rissbildung reduziert die Standzeit der Bremsscheibe erheblich, was zu entsprechenden Kosten führt, die sich einerseits aus der Wiederbeschaffung von Bremsscheiben ergibt und andererseits aus den notwendigen Montagezeiten und Stillstandszeiten des Fahrzeuges.This results in metallurgical transformations and, as a result, embrittlement of the surface of the friction rings, which in turn contributes to the aforementioned crack formation. This crack formation considerably reduces the service life of the brake disc, which leads to corresponding costs, which arise on the one hand from the replacement of brake discs and on the other hand from the necessary assembly times and downtimes of the vehicle.
Weitere Versuche, die Entstehung von Hotspots zu minimieren bzw. gänzlich auszuschließen, insbesondere durch eine Konfigurationsänderung der Stege bzw. Kühlkanäle oder durch Schaufelrippen die die Reibringe miteinander verbinden, waren nicht zielführend. Beispielhaft seien diesbezüglich die
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bremsscheibe der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass ihre Standzeit verbessert wird und die Betriebskosten insgesamt gesenkt werden.The invention is therefore based on the object of further developing a brake disk of the generic type in such a way that its service life is improved and the operating costs are reduced overall.
Diese Aufgabe wird durch eine Bremsscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a brake disk with the features of
Die Erfindung schafft ein Anordnungsmuster der Stege derart, dass zumindest ein Teil der Stege jedes Kreises mit unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet ist. Überdies sind die Stege jedes Kreises im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhrzeigersinns versetzt zu den Stegen des benachbarten Kreises auf einer Linie angeordnet, die von einer radialen Ausrichtung abweicht.The invention creates an arrangement pattern of the webs such that at least some of the webs of each circle are arranged at different distances from one another. In addition, the webs of each circle are offset clockwise or counterclockwise to the webs of the adjacent circle on a line that deviates from a radial orientation.
Dabei können die Querschnittsabmaße der Stege gleich oder unterschiedlich sein, Letzteres vorzugsweise, wobei die Abmessungen der Stege mit steigendem Radius der Kreise zunehmen. Denkbar ist aber auch eine Ausbildung, bei der die auf dem inneren Kreis angeordneten Stege in ihrem Abmaß größer sind als die auf einem benachbarten Kreis angeordneten.The cross-sectional dimensions of the webs can be the same or different, the latter preferably, the dimensions of the webs increasing as the radius of the circles increases. However, a design is also conceivable in which the dimensions of the webs arranged on the inner circle are larger than those arranged on an adjacent circle.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wiederholt sich die Anordnung der Stege eines Kreises mit unterschiedlichen Abständen sozusagen als Gruppe mehrfach auf dem Kreis. Aber auch eine stochastische Anordnung der Stegabstände eines Kreises ist denkbar.According to a further concept of the invention, the arrangement of the webs of a circle is repeated several times on the circle, so to speak, as a group at different distances. However, a stochastic arrangement of the web spacings of a circle is also conceivable.
Die Anzahl der auf einem Kreis angeordneten Stege kann auf allen Kreisen gleich sein, ebenso wie unterschiedlich.The number of bars arranged on a circle can be the same or different on all circles.
Wie sich überraschend gezeigt hat, variiert durch die veränderte Anordnung der Stege die Verwellungssteifigkeit in Umfangsrichtung kontinuierlich. Diese Variation stört die harmonische Bildung von Verwellungen, wodurch die Anzahl der sogenannten Hotspots reduziert wird, mit der Folge, dass eine Oberflächenschädigung durch Überhitzung minimiert wird.As has surprisingly been shown, the change in the arrangement of the webs means that the rigidity of the curl varies continuously in the circumferential direction. This variation disrupts the harmonious formation of corrugations, whereby the number of so-called hotspots is reduced, with the result that one Surface damage from overheating is minimized.
Durch die Vermeidung von Verwellungen der Reibringoberflächen wird nicht nur der Bremskomfort verbessert, da ein zum Stand der Technik beschriebenes Rubbeln bei einem Bremsvorgang nicht mehr auftritt, sondern durch die deutliche Reduzierung der Bildung von Hitzerissen wird überdies die Standzeit der Bremsscheibe merklich erhöht.Avoiding curling of the friction ring surfaces not only improves braking comfort, since the rubbing described in the prior art no longer occurs during braking, but the significant reduction in the formation of heat cracks also significantly increases the service life of the brake disc.
Da in einem Nutzfahrzeug eine Vielzahl von Bremsen und damit von Bremsscheiben montiert sind, kommt diesem Ergebnis der Erfindung eine besondere Bedeutung zu, insbesondere hinsichtlich einer stets angestrebten Kostenminimierung. Diese ergibt sich sowohl aus den verringerten Stillstandszeiten des Fahrzeuges wie auch aus der Beschaffung und Montage der Bremsscheiben.Since a large number of brakes and thus brake disks are mounted in a utility vehicle, this result of the invention is of particular importance, in particular with regard to a cost minimization that is always sought. This results both from the reduced downtime of the vehicle and from the procurement and assembly of the brake discs.
Im Übrigen ist die neue Bremsscheibe gegenüber einer solchen nach dem Stand der Technik kostenneutral herzustellen, wobei solche Bremsscheiben üblicherweise aus Gusseisen hergestellt sind.Incidentally, the new brake disk can be manufactured at no cost compared to one according to the prior art, such brake disks usually being made of cast iron.
Entsprechend der Erfindung sind die Stege in mehreren konzentrischen Kreisen angeordnet, vorzugsweise in vier Kreisen. Denkbar ist aber auch eine geringere oder größere Anzahl von Kreisen, wobei die Stege eines Kreises gemäß der Erfindung in unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sind.According to the invention, the webs are arranged in several concentric circles, preferably in four circles. However, a smaller or larger number of circles is also conceivable, the webs of a circle according to the invention being arranged at different distances from one another.
Wie zum Stand der Technik beschrieben, bilden sich Hitzerisse immer in radialer Richtung aus. Die Anordnung der Stege gemäß der Erfindung bewirkt daher, dass jeder Punkt der Reibflächen in radialer Richtung an mindestens einer Stelle des sozusagen radialen „Hitzestrahls“ im gebildeten Kühlkanal eine Verbindung mit dem gegenüberliegenden Reibring aufweist.As described in relation to the prior art, heat cracks always form in the radial direction. The arrangement of the webs according to the invention therefore has the effect that each point of the friction surfaces in the radial direction has a connection with the opposite friction ring at at least one point of the so-to-speak radial “heat jet” in the cooling channel formed.
Wie sich weiter gezeigt hat, wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Stege eine verbesserte Kühlleistung erreicht, wodurch die maximale Temperatur der Reibringflächen reduziert wird, was zur Minimierung einer Risswachstumsgeschwindigkeit beiträgt.As has also been shown, the inventive arrangement of the webs achieves an improved cooling performance, as a result of which the maximum temperature of the friction ring surfaces is reduced, which contributes to minimizing the rate of crack growth.
Die versetzte Anordnung der auf einer von einer radialen Ausrichtung abweichenden Linie der Stege führt dazu, dass ein Hitzeriss während seiner radialen Ausbreitung immer an die auf die Reibfläche projizierte Fläche eines Steges trifft, was das Hitzerisswachstum behindert bzw. stoppt.The offset arrangement of the webs on a line deviating from a radial alignment means that a heat crack always hits the surface of a web projected onto the friction surface during its radial propagation, which hinders or stops the heat crack growth.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further advantageous designs are characterized in the subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying drawing.
Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bremsscheibe in einer Draufsicht.The single figure shows a section through a brake disk according to the invention in a plan view.
In der Figur ist eine Bremsscheibe, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, dargestellt, die zwei parallel und abständig zueinander angeordnete Reibringe
Die beiden Reibringe
Die Stege
Gemäß der Erfindung sind zumindest einem Teil
Im Beispiel wiederholt sich der Teil
Des Weiteren sind im Beispiel auf jedem Kreis 30 Stege angeordnet. Alternativ können auch 20 bis 40 vorgesehen sein. Da die Stege entlang einer Linie X nicht radial fluchtend angeordnet sind, sondern von innen nach außen versetzt zueinander, wird, ausgehend von einer radialen Linie R mindestens ein Steg
Die die Querschnittsmittelpunkte benachbart liegender Stege
Im Übrigen sind die Querschnitte der Stege
Abweichend von der Darstellung, in der die Linie X als Gerade vorliegt, kann die versetzte Anordnung auf einer einen Bogen beschreibenden Linie X ausgerichtet sein. Dabei kann der Radius der bogenförmigen Linie X konstant oder variabel sein, z.B. als Klothoide oder in S-Form.Deviating from the representation in which the line X is present as a straight line, the offset arrangement can be aligned on a line X describing an arc. The radius of the curved line X can be constant or variable, for example as a clothoid or in an S-shape.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- ReibringFriction ring
- 22
- Stegweb
- 33
- KühlkanalCooling duct
- 44th
- Kreiscircle
- 55
- Kreiscircle
- 66th
- Kreiscircle
- 77th
- Kreiscircle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 10241655 A1 [0005]DE 10241655 A1 [0005]
- WO 2012/164465 A1 [0011]WO 2012/164465 A1 [0011]
- WO 2015/092671 A1 [0011]WO 2015/092671 A1 [0011]
- DE 4040423 A1 [0011]DE 4040423 A1 [0011]
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- 2020-01-13 DE DE102020100517.2A patent/DE102020100517B4/en active Active
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Legal Events
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