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GEBIET DER ERFINDUNG
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Fahrzeug-Scheibenbremsen, genauer gesagt aus Leichtmaterial wie z. B. legiertem Aluminium gefertigte Scheibenbremsen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Fahrzeuge sind mit Bremssystemen ausgestattet, die es dem Fahrer bei Bedarf ermöglichen, das Fahrzeug zum Stillstand zu bringen bzw. seine Geschwindigkeit zu verringern. Bremssysteme sind mit jedem Rad einzeln verbunden und bestehen aus mindestens einer Bremsscheibe und einem Bremsklotz, der sich an der Bremsscheibe reibt, um das erforderliche Abbremsen herbeizuführen.
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Bremsscheiben wandeln Bewegungsenergie in Reibungswärme um, wenn sich der Bremsklotz an ihnen reibt; deshalb müssen wärmebeständige Materialien eingesetzt werden. Da das Material, aus dem die Bremsscheibe gefertigt ist, der beim Bremsen erzeugten Wärme standhalten muss, ist die Verwendung hochgradig wärmebeständiger Werkstoffe unbedingte Voraussetzung. Derzeit verwendet man im Fahrzeugbau Bremsscheiben aus Eisenlegierungen; eine solche Legierung ist z. B. Grauguss. Aus Eisenlegierungen gefertigte Bremsscheiben weisen allerdings den Nachteil auf, sehr schwer zu sein. Angesichts der immer größeren Notwendigkeit, Gewichtseinsparungen zu realisieren und der steigenden Nachfrage nach Hochleistungsbremsen versucht man derzeit, dieses schwere Bremsscheibenmaterial durch leichtere Materialien zu ersetzen, die darüber hinaus hervorragende Bremseigenschaften sowie eine erhöhte Lebensdauer aufweisen.
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Als Reaktion auf die Forderung nach Gewichtseinsparungen bei Bremsscheiben werden Leichtmaterialien wie z. B. Aluminium eingesetzt. Diese Art von Werkstoffen weist jedoch eine geringe Abriebfestigkeit auf; aus diesem Grund müssen sie mit einer zusätzlichen Schicht versehen werden oder man muss eine andere Lösung finden, die eine entsprechende Abriebfestigkeit gewährleistet.
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Es ist bekannt, dass ein gutes Bremsverhalten von nach dem Reibungsprinzip funktionierenden Bremsen von der Bildung eines Reibbelages (also einer dritten Schicht) während der normalen Verwendung der Bremse abhängt. Wenn sich zwei Körper in trockenem Zustand aneinander reiben, wie z. B. eine Bremsscheibe und ein Bremsklotz im Bremssystem eines Fahrzeuges, setzt sich der entstehende Reibbelag aus Partikeln der Scheibe und des Klotzes zusammen; dies ist die Folge des starken Druckes und der hohen Temperaturen, die bei der Reibung erzeugt werden. Wenn beide Bauteile (Scheibe und Klotz) physisch miteinander in Verbindung stehen, kommt es, wenn sie sich aneinander reiben, normalerweise zu einer Übertragung von Atomen, deren Richtung von der Bindung der Atome in den Kontaktbereichen zwischen den beiden Elementen, vom chemischen und elektrostatischen Zustand der Kontaktoberflächen sowie von der Verteilung der Belastung in diesen Zonen abhängt – diese Atom-Übertragung erzeugt den Reibbelag. Die tribologischen (reibungskundlichen) Eigenschaften der Kontaktoberflächen können durch das Vorhandensein des Reibbelages sehr stark beeinflusst werden.
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Im konkreten Fall von aus Aluminium gefertigten Bremsscheiben wurden mit dem Ziel der Erzeugung eines geeigneten Reibbelages Überzüge und Oberflächenbehandlungsverfahren für die Reibeflächen entwickelt, die die gewünschten tribologischen Eigenschaften erzielen sollen. Bekannt sind diverse Lösungen dieses Typs, wie z. B. die im Dokument
JP 2011112211 A offenbarte; hierbei erfolgt die Pulverisierung einer Pulvermischung, die aus einem bestimmten Keramikmaterial und einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung (Fe-C) gewonnen wird; bekannt ist auch die im Dokument
JP 2010266020 A offenbarte Lösung, bei der eine Kupferlegierung in pulverisierter Form auf die Bremsscheibe aufgebracht wird, sowie die im Dokument
KR 20120111556 A offenbarte Lösung, bei der die Bremsscheibe unter Hinzugabe einer bestimmten Menge an Schwefelsäure und unter einer bestimmten elektrischen Spannung anodisch oxidiert wird.
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Im Dokument
WO 2010/130529 A1 wird eine Leichtmaterial-Bremsscheibe offenbart, die ebenfalls mit dem Ziel, angemessene Qualität und Bremseffizienz zu gewährleisten, mit einem Überzug versehen wird. Aufgebracht wird der Überzug, indem man eine zusätzliche Metallschicht auf die Bremsscheibe pulverisiert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Leichtmaterial-Bremsscheibe für Fahrzeuge gemäß nachstehender Beschreibung.
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Die erfindungsgemäße Bremsscheibe umfasst zwei einander gegenüberliegende, kreisrunde Flächen, durch deren Zentrum eine Mittelachse verläuft, sowie an jeder Fläche eine kreisförmige Bremsbahn mit der Mittelachse als Zentrum, die vom äußeren Umfang der entsprechenden Fläche bis zur Mittelachse reicht und eine bestimmte Breite aufweist.
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Das leichte Material der Bremsscheibe besteht aus einer Aluminiumlegierung; darüber hinaus weist die Scheibe an jeder Bremsbahn eine Vielzahl von Rillen auf, die jeweils über die gesamte Bremsbahn verteilt sind. Diese Rillen sind an der entsprechenden Seite der Bremse unmittelbar an der Bildung eines Reibbelages beteiligt, was aufgrund der Tatsache, dass die Bremsscheibe aus Aluminium gefertigt ist, auch optisch klar erkennbar ist. Der durch das Vorhandensein der Rillen entstehende Reibbelag ist homogen strukturiert, verbessert die Bremswirkung deutlich und verlängert darüber hinaus die Lebensdauer der Bremsscheibe und des Bremsklotzes.
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Die vorliegende Erfindung sorgt für ein hervorragendes Ansprechen von Bremsen, da sie während des Bremsvorganges optimale tribologische Bedingungen schafft, ohne dass hierzu – im Gegensatz zum derzeitigen Stand der Technik – weitere Überzüge erforderlich wären, welche die Herstellungskosten sowohl bei den eingesetzten Materialien als auch aufgrund der Notwendigkeit einer Zwischenschaltung weiterer Arbeitsschritte beim Herstellungsprozess in die Höhe treiben. Dadurch ist die Bremsscheibe kostengünstiger und einfacher herzustellen als die bis dato bekannten Scheiben.
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Diese und andere Vorteile und charakteristische Eigenschaften der Erfindung werden bei der Betrachtung der Zeichnungen und der genauen Beschreibung der Erfindung deutlich.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine Frontansicht der Vorzugsausführung der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremsscheibe.
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2 ist eine perspektivische Darstellung der in 1 dargestellten Bremsscheibe.
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3 ist eine Seitenansicht der Bremsscheibe aus 1.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 bis 3 zeigen eine Vorzugsausführung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe (100), die einer Fahrzeug-Bremsscheibe (100) aus Leichtmaterial (insbesondere aus einer Aluminiumlegierung) entspricht. Die Bremsscheibe (100) umfasst zwei kreisförmige Flächen (1 und 2), die einander gegenüber liegen und deren Zentrum sich in der Mittelachse (O) der Scheibe (100) befindet (die Zeichnungen zeigen jeweils nur eine dieser Flächen), sowie auf jeder der Flächen (1 und 2) eine kreisförmige Bremsbahn (3), deren Zentrum in der Mittelachse (O) liegt, die sich vom äußeren Umfang der entsprechenden Kreisflächen (1 oder 2) in Richtung Mittelachse (O) erstreckt und die eine bestimmte Breite (h) aufweist, wobei beide Bahnen (3) vorzugsweise die gleichen Abmessungen haben sollten. Das Fahrzeug umfasst ein Bremssystem, mit dem man es nach Bedarf abbremsen kann; dieses System umfasst eine Bremsscheibe (100) sowie mindestens einen Bremsklotz (hier nicht abgebildet) pro Rad. Beim Bremsen des Fahrzeuges wirkt der Bremsklotz mit der entsprechenden Bremsscheibe (100) zusammen, insbesondere mit den Bremsbahnen (3) der Bremsscheibe (100) – dieses Zusammenwirken besteht in einer Reibung der Bremsscheibe (100) am Bremsklotz.
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Die erfindungsgemäße Bremsscheibe (100) umfasst auf mindestens einer Bremsbahn (3) eine Vielzahl von Rillen (4), die über die gesamte Fläche der entsprechenden Bremsbahn (3) verteilt sind. In der Vorzugsausführung sind die beiden Flächen (1 und 2) der Scheibe so gleich gestaltet, dass die Bremsscheibe (100) zahlreiche, über beide Bremsbahnen (3) verteilte Rillen (4) umfasst.
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Die Verwendung von Rillen (4) auf der entsprechenden Fläche (1 oder 2) der Bremsscheibe (100) sorgt für die Entstehung eines mit Blick auf den Bremsvorgang und das tribologische Verhalten optimalen Reibbelages; je homogener dieser Reibbelag ist, desto höher ist auch die Lebensdauer der Bremsscheibe (100) und der Bremsklötze des Bremssystems des Fahrzeuges, die zusammen mit der Bremsscheibe (100) das Abbremsen des betreffenden Fahrzeuges herbeiführen. Durch Verwendung der Rillen (4) erhält man einen furchenfreien Reibbelag und somit eine Bremsscheibe (100), die im Gegensatz zu den bis dato verwendeten Lösungen auf einfache und kostengünstige Weise für optimale tribologische Bedingungen und optimales Bremsverhalten sorgt.
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An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, dass die Verwendung von Rillen bei Bremsscheiben bereits bekannt ist; allerdings wurde hierbei bis dato einerseits immer eine andere Art von Bremsscheibentypen wie z. B. Hochleistungsbremsscheiben aus Eisenlegierungen wie Grauguss eingesetzt; andererseits ging dies mit anderen Phänomenen wie z. B. dem Abscheiden von Wasser aus der Bremsscheibe einher; bisher noch nie verwendet wurden jedoch Bremsscheiben aus Aluminium, vor allem nicht zur Bildung eines Reibbelages. So offenbart beispielsweise das Dokument
ES 2255504 T3 eine Bremsscheibe mit im Vergleich zum Scheibenradius symmetrischer Rillenstruktur an den Rillenbahnen, wodurch das an der Rillenbahn gebildete Wasser ablaufen und die Bremsscheibe aufgrund der auf diese Weise geschaffenen Symmetrie flexibler montierbar sein soll; im Dokument
US 5671835 A wird eine Scheibenbremse mit Rillen offenbart, die es ermöglicht, dass ein Kühlmittel (wie z. B. Öl) in einer Weise abläuft, dass sich dies vor allem bei hohen Fahrgeschwindigkeiten nicht auf den Bremsvorgang auswirkt; im Dokument
EP 1534975 B1 wird eine Scheibenbremse mit Rillen offenbart, die vor allem für Hochleistungsfahrzeuge wie z. B. Rennwagen ausgelegt ist und bei der die Rillen so angeordnet sind, dass die beim Bremsen entstehenden Vibrationen abgedämpft werden. Wie jedoch zuvor ausgeführt, bestand bisher noch nie ein Zusammenhang zwischen dem Anbringen von Rillen und der Entstehung eines Reibbelages bei Leichtmetallscheiben, wodurch für den Bremsvorgang optimale tribologische Eigenschaften geschaffen und dieser effizient gestaltet wird – dies wird erst durch die erfindungsgemäße Bremsscheibe erreicht. Um bei Bremsscheiben aus Aluminium einen Reibbelag entstehen zu lassen, bedarf es nach gegenwärtiger Praxis normalerweise eines speziellen Überzuges (wie z. B. den im Abschnitt „Hintergrund der Erfindung” ausgeführten); bisher noch unbekannt war die Verwendung von Rillen auf den Bremsflächen zur Erreichung eines Reibbelages.
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Wie aus den Abbildungen hervorgeht, sollte vorzugsweise eine gleichmäßige Verteilung der Rillen (4) mit Blick auf die Mittelachse (O) über die gesamte entsprechende Bremsbahn (3) erfolgen, die konzentrisch zur Mittelachse (O) verlaufen; die Rillen verlaufen hier anders als im Vergleich zur Mittelachse (O) bogenförmig (im Vergleich zur Mittelachse (O) konzentrisch verlaufende Rillen (4)); hierdurch wird einem übermäßigen Verschleiß der Bremsklötze (sowie einer Verschlechterung der tribologischen Eigenschaften) entgegengewirkt.
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In der Vorzugsausführung verlaufen die Rillen (4) über die gesamte Breite (h) der entsprechenden Bremsbahn (3); obwohl es in anderen Ausführungen auch möglich ist, dass sie sich nicht über die gesamte Breite (h) der entsprechenden Bremsbahn (3) erstrecken, handelt es sich um gerade Rillen, die im Verhältnis zum Radius der Bremsscheibe (100) in deren Vorschubrichtung einen Neigungswinkel (α) von ca. 50° aufweisen (der Winkel kann aber auch anders gewählt sein).
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In der Vorzugsausführung sind eine radiale Achse, die durch den der Mittelachse (O) nächstliegenden Punkt der ersten Rille (4) verläuft, und die radiale Achse, die durch den der Mittelachse (O) einer daneben liegenden Rille (4) verläuft, durch einen Trennwinkel (β) getrennt, wobei dieser Trennwinkel (β) eine Größenordnung zwischen ca. 10° und ca. 20° hat; vorzugsweise hat er einen Wert von ca. 13°.
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In der Vorzugsausführung weisen die einzelnen Rillen (4) darüber hinaus eine Tiefe von ca. 0,9 mm auf; bei entsprechendem Bedarf sind auch andere Rillentiefen möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2011112211 A [0006]
- JP 2010266020 A [0006]
- KR 20120111556 A [0006]
- WO 2010/130529 A1 [0007]
- ES 2255504 T3 [0019]
- US 5671835 A [0019]
- EP 1534975 B1 [0019]
