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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsscheibe, insbesondere eine
Wellenbremsscheibe in einer geteilten Ausführung, welche eine erste Scheibenhälfte und
eine zweite Scheibenhälfte umfasst,
die je zwei planseitige Reibringteile umfassen, die über Kühlrippen
miteinander verbunden sind und einen Lüftungsspalt bilden, und wobei
die beiden Scheibenhälften
durch Verbindungsmittel miteinander verbunden sind, die tangential
in der Teilungsebene der Bremsscheibe angeordnet und über je einen
Zuführbereich
zuführbar
sind.
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Bremsscheiben
der hier interessierenden Art werden als Wellenbremsscheiben bezeichnet
und umfassen eine erste Scheibenhälfte sowie eine zweite Scheibenhälfte, welche
jeweils halbkreisförmig bzw.
halbringförmig
ausgebildet sind, und in einer Teilungsebene aufeinander gebracht
werden, um eine einsatzbereite Bremsscheibe zu bilden. Somit kann
die Bremsscheibe aufgrund ihrer geteilten Ausführung auf Wellen angeordnet
werden, die ein axiales Fügen
der Bremsscheibe aufgrund der geometrischen Ausgestaltung der Welle
nicht zulässt.
Ein bekanntes Anwendungsgebiet derartiger geteilter Bremsscheiben
ist beispielsweise die Anordnung von geteilten Bremsscheiben in
Fahrgestellen von Schienenfahrzeugen. Die Innenbelüftung der
Bremsscheiben wird ermöglicht,
indem diese einen ersten Reibringteil sowie einen zweiten Reibringteil
umfasst, und die Reibringteile planparallel zueinander mit einem
gewissen Abstand angeordnet sind. Durch diesen Abstand entsteht
ein Lüftungsspalt,
indem sich zwischen den beiden Reibringteilen jeweils eine Vielzahl
von Kühlrippen
erstrecken. Im Betrieb der Bremsscheibe wird aufgrund der Rotation
zwischen den Reibringteilen ein Luftstrom bzw. eine entsprechende
Verwirbelung hervorgerufen, welche die Bremsscheibe aufgrund entstehender
Konvektion kühlt.
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Aus
dem Gebrauchsmuster
DE
90 18 076 U1 ist eine derartige Bremsscheibe offenbart,
welche aus einer Nabe und einem fest- oder lösbar mit der Nabe verbundenen
Bremsring besteht, wobei gegebenenfalls einzelne Rippen zur Verbindung
von Nabe und Bremsring zu Verbindungsnocken verlängert und/oder verbreitert
sind, und die die Verbindungsnocken tragenden Rippen bzw. beiderseits
einer Teilungsfuge liegenden Rippenteilstücke konzentrisch oder tangential
verlaufende Ausnehmungen, Bohrungen oder Durchbrüche aufweisen.
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Aus
der Patentschrift
DE
198 07 184 C1 ist eine zweiteilige Bremsscheibe bekannt,
welche tangential angeordnete Bolzen umfasst, die dazu dienen, die
beiden Bremsscheibenhälften
miteinander zu verschrauben. Die Schrauben werden tangential zugeführt, und
weisen einen Zuführbereich
auf, in dem die Rippenstruktur zwischen den beiden Reibringteilen
unterbrochen ist.
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In
der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass bei geteilten Bremsscheiben
das Problem entsteht, dass im Bereich der Anordnung der Verbindungsmittel
keine Kühlrippen
angeordnet werden können,
um das Verbindungsmittel zusammenfügen bzw. entnehmen zu können. Hierdurch
ergeben sich im Bereich ohne Kühlrippen
Verspannungen bzw. es wird eine axiale Verschiebung innerhalb der
Bremsscheibe zwischen den beiden Bremsscheibenhälften ermöglicht. Ferner entsteht neben
der fehlenden Konvektion durch die fehlenden Kühlrippen das Problem, dass
im genannten Bereich neben einer möglichen axialen Verformung
der Bremsscheibenhälften
außerdem
die Biegesteifigkeit aufgrund der fehlenden Kühlrippen verringert ist. Diese
lokal verringerte Biegesteifigkeit innerhalb der Bremsscheibe kann
im Betrieb der Bremsscheibe zu mechanischen Problemen führen. Ferner
kann es aufgrund der fehlenden Kühlrippenmasse
im besagten Bereich zu einer verringerten Wärmespeicherfähigkeit
und infolgedessen zu einer Temperaturerhöhung gegenüber dem Restbereich der Bremsscheibe
kommen.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bremsscheibe
in einer geteilten Ausführung
dahingehend zu verbessern, wobei eine gleichförmige Kühlung, eine gleichförmige Wärmespeicherfähigkeit
sowie eine einheitliche Biegesteifigkeit über den Umfang der Bremsscheibe
erreicht werden soll.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einer Bremsscheibe nach Art einer Wellenbremsscheibe
in einer geteilten Ausführung
gemäß des Oberbegriffes von
Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung schließt
die technische Lehre ein, dass die Reibringteile im Zuführbereich
lüftungsspaltseitige
Materialanformungen zur Verbesserung der thermischen Konvektion
und/oder der mechanischen Eigenschaften der Reibringteile aufweisen.
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Vorteilhafterweise
können
im Sinne der vorliegenden Erfindung die Reibringteile in Richtung
des Lüftungsspaltes
trotz der Notwendigkeit eines frei zugänglichen Zuführbereiches
Materialanformungen aufweisen. Der Zuführbereich dient lediglich der Möglichkeit,
das Verbindungsmittel zum Verbinden der ersten und zweiten Scheibenhälfte der
Bremsscheibe in die dafür
vorgesehene Bohrung einzuführen.
Die räumliche
Ausgestaltung des Zuführbereiches
kann daher auf die Dimension des Verbindungsmittels beschränkt werden.
Ist das Verbindungsmittel im Durchmesser bzw. in den äußeren Abmessungen kleiner
als der Abstand der Reibringteile, dass heißt kleiner als die Größe des Lüftungsspaltes,
so können Materialanformungen
auf der lüftungsspaltseitigen Oberfläche der
Reibringteile vorgesehen werden, ohne dass die Zuführung bzw.
die Entnahme des Verbindungsmittels behindert wird. Durch derartige
Materialanformungen wird der Vorteil erzielt, dass auch in diesem
Bereich die Reibringteile über
eine thermische Konvektion mit der Kühlluft, welche den Lüftungsspalt
durchsetzt, gekühlt
werden können.
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Hierdurch
wird insbesondere eine Verringerung der entstehenden Temperaturdifferenzen
gegenüber
dem ungestörten
Bereich der Bremsscheibe bei stark instationären Bremsvorgängen erreicht.
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Weiterhin
wird eine Verbesserung der Wärmeübergangskoeffizienten
im Teilungs-/Verbindungsmittelzuführbereich durch eine mittels
der Materialanformungen bewirkte Oberflächenvergrößerung sowie eine Erhöhung der
Strömungsturbulenzen
im wandnahen Bereich der Innenseiten der Reibringteile erreicht.
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Ferner
wird die Biegesteifigkeit im genannten Bereich und damit eine Verringerung
der axialen Verformung der ersten und zweiten Scheibenhälfte im
Außendurchmesser
des Zuführbereiches
für das Verbindungsmittel
erhöht.
Das Verbindungsmittel ist in der Regel als eine Schraubenverbindung
ausgeführt,
wobei auch Keil-, Klemm- oder Nutverbindungen bekannte Ausführungen
von Verbindungsmitteln darstellen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, dass die Anordnung der Materialanformungen
eine Gleichverteilung mit den Kühlrippen
aufweist. Damit ist die geometrische Ausgestaltung der Zuführbereiche
erleichtert, so dass die Materialanformungen auf einfache Weise gusstechnisch
hergestellt werden können.
Folglich kann es sich bei den einzelnen Reibringteilen um Gussteile
aus Metall handeln, die i. d. R. nach dem Gießvorgang noch spanabhebend
nachbearbeitet werde, um diese passgenau zusammenfügen zu können. Ferner
ist vorgesehen, dass der Querschnitt der Materialanformungen und
der Querschnitt der übrigen
Kühlrippen
einander identisch sind. Dadurch bilden sich sogenannte Kühlrippenstümpfe aus,
die den gleichen einteiligen und materialeinheitlichen Übergang
von der Innenseite der Reibringteile aufweisen, wie die übrigen Kühlrippen
auch. Auch durch diese Maßnahme
ist eine gusstechnische Ausgestaltung des Fertigungsprozesses erleichtert.
Die Kühlrippenstümpfe sind
lediglich kürzer
als die Kühlrippen selbst,
so dass der Raum für
den Zuführbereich
frei bleibt.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass im jeweiligen Zuführbereich auf jedem Reibringteil
1 bis 10, vorzugsweise 3 bis 8 und besonders bevorzugt 6 Materialanformungen
in der Gestalt von Kühlrippenstümpfen vorgesehen
sind. In Abhängigkeit
von der Größe des Verbindungsmittels, dass
heißt
beispielsweise von der Größe des Schraubenkopfes,
muss eine Mindestanzahl von Kühlrippen jeweils
als Kühlrippenstumpf
ausgebildet sein, so dass der Zuführbereich entsprechend groß ausfällt. Bei
einer möglichen
Gleichverteilung der Materialanformungen im Verhältnis zu den übrigen Kühlrippen können daher
vorzugsweise 6 Kühlrippen
als kühlrippenstumpfartige
Materialanformungen ausgebildet werden. Jedoch sei an dieser Stelle
angemerkt, dass auch deutlich mehr als 10 einzelne Materialanformungen
innerhalb eines jeweiligen Zuführbereiches vorgesehen
sein können.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die Höhe der Materialanformungen durch
den minimal erforderlichen Querschnitt des Zuführbereiches zur Zufuhr des
Verbindungsmittels begrenzt ist. Der Querschnitt bezieht sich dabei
auf die Zufuhrrichtung des Verbindungsmittels, und ist tunnel- oder
kanalförmig
ausgebildet. Es geht bei der Ausgestaltung des Zuführbereiches
lediglich darum, das Verbindungsmittel ungehindert in die dafür vorgesehene
Bohrung führen
zu können.
Die Materialanformungen können
dabei eine Höhe
aufweisen, die gerade so groß bemessen
ist, dass das Verbindungsmittel störungsfrei zugeführt werden
kann. Selbst die Enden der Materialanformungen können an eine mögliche Kontur,
beispielsweise eine Kreiskontur aufweisen, um eine Ausgestaltung
eines tunnelartigen Zuführbereiches
zu erreichen, wodurch der Einbau des Verbindungsmittels erleichtert
werden kann.
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Die
geometrische Ausgestaltung der Bremsscheibe weist in radialer Richtung
einen Innenrand und einen Außenrand
auf, und ist durch diese begrenzt. Sowohl der Innenrand als auch
der Außenrand
sind i. d. R. kreisrund ausgestaltet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist die Bremsscheibe im Zuführbereich Materialanformungen
in Gestalt einer Längsrippenstruktur
auf, welche sich im Wesentlichen vom Innenrand bis zum Außenrand
erstreckt. Damit ist eine weitere mögliche Ausführungsform der Materialanformungen
aufgezeigt, wobei eine Längsrippenstruktur
eine bessere Biegesteifigkeit bewirken kann, als Materialanformungen, welche
inselförmig
bzw. vereinzelt auf der Oberfläche der
Innenseite der Reibringteile vorgesehen sind. Die Längsrippenstruktur
vergrößert im
erheblichen Maße das
Flächenträgheitsmoment
des Querschnitts der Reibringteile im Zuführbereich, so dass die mechanischen
Eigenschaften der Reibringteile in diesem Bereich verbessert werden.
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Eine
weitere Ausführungsform
der geometrischen Gestaltung der Materialanformungen sieht vor, dass
die Bremsscheibe im Zuführbereich
Materialanformungen in Gestalt einer Längsrippenstruktur aufweist,
welche sich jedoch im Wesentlichen in Umfangsrichtung der Bremsscheibe
erstreckt. Auch durch diese Ausrichtung der Längsrippenstruktur wird eine
erhebliche Vergrößerung des
Flächenträgheitsmomentes
und damit der Biegesteifigkeit der Reibringteile erreicht. Eine
Konvektion und damit eine Kühlung
der Bremsscheibe in den Zuführbereichen
sind auch mit einer Längsrippenstruktur
sichergestellt.
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Eine
zusätzliche
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Bremsscheibe im Zuführbereich
Materialanformungen in Gestalt einer Kreuzrippenstruktur aufweist,
welche aus einer Überlagerung
von sich radial erstreckenden und von sich in Umfangsrichtung erstreckenden
Längsrippenstrukturen
besteht. Die gusstechnische Herstellung derartiger Reibringteile
bzw. der gesamten Scheibenhälften
erlaubt eine freie Ausgestaltung der Innenstruktur der Reibringteile
im Zuführbereich.
Die Höhe der
jeweiligen Rippenstrukturen kann auch für diese Ausführungsform
der Materialanformungen derart bemessen werden, dass diese lediglich
durch den minimal erforderlichen Querschnitt des Zuführbereiches
des Verbindungsmittels begrenzt ist.
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Durch
die zusätzlichen
Materialanforderungen wird eine größere Wärmespeicherkapazität erreicht,
was zur Gleichmäßigkeit
bei der Temperaturerhöhung
der Scheibe führt.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
sind in den Unteransprüchen
angegeben oder werden nachfolgend gemeinsam mit der Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Erfindung anhand der Figuren näher
dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer geteilten Bremsscheibe mit einem tangential
angeordneten Verbindungsmittel, welches über einen Zuführbereich
zuführbar
ist, wobei im Zuführbereich
Materialanformungen dargestellt sind,
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2 eine
zweidimensionale lüftungsspaltseitige
Ansicht eines Reibringteils, wobei die Ansicht die Anordnung der
Materialanformungen sowie der Kühlrippen
innerhalb des Lüftungsspaltes
zeigt, und
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3 eine
Seitenansicht einer Bremsscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung,
wobei sich an beiden Reibringteilen jeweils Materialanformungen
in den Zuführbereichen
hinein erstrecken.
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Bei
den Figuren handelt es sich lediglich um eine beispielhafte technische
Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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Die
in 1 dargestellte Bremsscheibe ist mit dem Bezugzeichen 100 versehen.
Diese besteht aus einer ersten Scheibenhälfte 10 sowie einer
zweiten Scheibenhälfte 11,
welche jeweils perspektivisch in einem Teilbereich dargestellt sind.
Die beiden Scheibenhälften 10 und 11 sind
in einem aufeinander gefügten
Zustand gezeigt, und mit einem als Schraube ausgeführten und
tangential angeordneten Verbindungsmittel 15 miteinander
verschraubt. Zu diesem Zweck kann zumindest ein Innengewinde in
einer der beiden Scheibenhälften 10 und 11 vorgesehen
sein, welches mit der Schraube zusammenwirkt. Die jeweiligen Scheibenhälften 10 und 11 umfassen je
zwei Reibringteile 12 und 13, welche die Reibflächen der
Bremsscheibe 100 bilden. Zwischen den Reibringteilen 12 und 13 erstreckt
sich eine Vielzahl von Kühlrippen 14,
welche die Bremsscheibe 100 beim Bremsvorgang durch eine
entstehende Konvektion zwischen den Kühlrippen 14 kühlen. Darüber hinaus
bilden die Kühlrippen 14 die
mechanische Verbindung des ersten und des zweiten Reibringteils 12 und 13.
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Das
Verbindungsmittel 15 wird durch einen Zuführbereich
an die Stelle geführt,
an der das Verbindungsmittel 15 die erste Scheibenhälfte 10 mit
der zweiten Scheibenhälfte 11 formschlüssig verbindet. Das
Verbindungsmittel 15 ist gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispieles
als eine Schraubenverbindung, insbesondere mit einem Innensteckkant-Schlüsselansatz,
ausgeführt,
so dass die Schraube selbst durch den Zuführbereich hindurchgeführt werden
muss. Der Zuführbereich
wird begrenzt durch den Lüftungsspalt,
welcher sich zwischen den beiden Reibringteilen 12 und 13 erstreckt. Ferner
wird der Zuführbereich
seitlich durch die angrenzenden Kühlrippen 14 begrenzt.
Im Zuführbereich
weisen die Reibring teile 12 und 13 lüftungsspaltseitig
mehrere Materialanformungen 17 in Form von Kühlrippenstümpfen auf.
Die Höhe
der Kühlrippenstümpfe ist
durch den minimal erforderlichen Querschnitt des Zuführbereiches
zur Zufuhr des Verbindungsmittels 15 begrenzt. Damit erheben
sich die Materialanformungen 17 aus der inneren Oberfläche der
Reibringteile 12 und 13 mit einer Höhe, mit
der das Verbindungsmittel 15 durch den Zuführbereich auch
bei Vorhandensein der Materialanformungen 17 zugeführt werden
kann. Die radiale Erstreckung der Bremsscheibe 100 ist
durch einen Innenrand 18 sowie einen Außenrand 19 begrenzt.
Das Verbindungsmittel 15 ist dabei in Richtung des Außenrandes 19 hin
angeordnet, so dass lediglich zwei Kühlrippen 14 den Zuführbereich
nach außen
hin begrenzen.
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2 zeigt
eine Ansicht der Innenseite eines Reibringteiles der Bremsscheibe 100.
Aufgrund der Schnittansicht in Scheibenebene sind die Kühlrippen 14 geschnitten
dargestellt, wobei die Darstellung lediglich einen Teil eines Reibringteiles 12 einer
einzigen Scheibenhälfte
darstellt. In dieser Darstellung ist der Zuführbereich 16 mittels
gestrichelten Linien angedeutet, wobei sich der Zuführbereich 16 in
der mittels einer strichpunktierten Linie dargestellten Montagerichtung
des Verbindungsmittels 15 erstreckt. Die Montagerichtung
des Verbindungsmittels 15 hingegen ist mittels einer strichpunktierten
Linie angedeutet. Die Materialanformungen 17 befinden sich
im Zuführbereich 16,
welche sich als Erhebungen aus der lüftungsspaltseitigen Oberfläche des
Reibringteiles 12 rippenstumpfartig erstrecken. Die Materialanformungen 17 sind
insbesondere dadurch durch die Kühlrippen 14 zu
unterscheiden, dass diese nicht geschnitten und damit nicht schraffiert
dargestellt sind.
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3 zeigt
eine Seitenansicht der Bremsscheibe 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung, welche oberseitig durch ein erstes Reib ringteil 12 und unterseitig
durch ein zweites Reibringteil 13 begrenzt ist. Zwischen
den beiden Reibringteilen 12, 13 erstrecken sich
in senkrechter Richtung die Kühlrippen 14. Im
Zuführbereich
des Verbindungsmittels 15 sind Materialanformungen 17 dargestellt,
wobei die Materialanformungen 17 in der Seitenansicht gezeigt
sind. Deutlich zu erkennen ist die Höhe der Materialanformungen 17,
welche derart bemessen ist, dass der Durchmesser des Verbindungsmittels 15 trotz
des Vorhandenseins der Materialanformungen 17 durch den
Zuführbereiche
hindurchgeführt
werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung beschränkt
sich in ihrer Ausführung
nicht auf das vorstehend angegebene, bevorzugte Ausführungsbeispiel.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten
Lösung
auch bei grundsätzlich
anders gearteten Ausführungen
Gebrauch macht. Somit können
pro Fügestelle
auch mehrere Verbindungsmittel 15 vorgesehen sein, so dass
sich der Zuführbereich 16 auch über einen
größeren Teilbereich
des Lüftungsspaltes
zwischen den beiden Reibringteilen 12 und 13 erstrecken
kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, ein erstes Verbindungsmittel 15 nahe am
Innenrand 18 ein zweites Verbindungsmittel 15 in der
Nähe des
Außenrandes 19 vorzusehen.
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- 100
- Bremsscheibe
- 10
- erste
Scheibenhälfte
- 11
- zweite
Scheibenhälfte
- 12
- Reibringteil
- 13
- Reibringteil
- 14
- Kühlrippe
- 15
- Verbindungsmittel
- 16
- Zuführbereich
- 17
- Materialanformung
- 18
- Innenrand
- 19
- Außenrand