DE202015102580U1

DE202015102580U1 - Ventilierte Bremsscheiben

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Publication number: DE202015102580U1
Application number: DE202015102580.7U
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2015-05-20
Publication date: 2015-09-08
Anticipated expiration: 2025-05-21
Also published as: RU2677836C2; US9841073B2; MX2015006980A; MX359441B; US20150354648A1; US20160298709A1; CN204755673U; RU2015121933A3; US9371875B2; RU2015121933A

Abstract

Bremsscheibe zur Anbringung an einem Rad eines Fahrzeugs, welche Folgendes umfasst: ein äußeres Reibungselement (102), ein inneres Reibungselement (104) und mehrere Rippenelemente (106, 108; 206), welche das äußere Reibungselement (104) mit dem inneren Reibungselement (102) verbinden, wobei jedes Rippenelement (106, 108; 208) einen ersten und einen zweiten Träger (112, 114; 212, 214) umfasst, die durch einen Brückenabschnitt (116, 216) verbunden sind, um eine Öffnung (118, 218) im Rippenelement (106, 108; 206) zu definieren, wobei die Öffnung (118, 218) dafür ausgelegt ist, das Hindurchtreten von Luft durch das Rippenelement (106, 108; 206) zu ermöglichen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Fahrzeugbremsscheiben. Die vorliegende Offenbarung betrifft insbesondere ventilierte Bremsscheiben mit Wärmeabfuhrrippen und Verfahren zur Herstellung solcher Scheiben.
Hintergrund
Bremsscheiben oder Bremsplatten sind dafür eingerichtet, als Teil des Fahrzeugbremssystems an einer Radnabe eines Fahrzeugs montiert zu werden und sich mit dieser zu drehen. Bremsscheiben weisen beispielsweise im Allgemeinen zwei entgegengesetzt weisende ringförmige Reibungsflächen auf, die während des Betriebs der Bremsen durch zwei Blöcke aus Reibungsmaterial (beispielsweise Bremsbeläge) in Eingriff gebracht werden, welche aufeinander zu in Kontakt mit den beiden Reibungsflächen bewegt werden, so dass Reibungskräfte auftreten und die Drehung der Scheibe und damit des Rads des Fahrzeugs verlangsamen. Diese Reibungskräfte können jedoch auch bewirken, dass die Scheiben, die Bremsbeläge und der Bremssattel (welcher die Bremsbeläge aufnimmt und über die Scheibe passt) sehr heiß werden, was zu einer verringerten Bremswirksamkeit führen kann. Hohe Temperaturen können beispielsweise Probleme in der Art eines Bremsschlupfs (eines vorübergehenden Bremsverlusts infolge der Verringerung des Reibungskoeffizienten zwischen dem Reibungsmaterial und der Bremsscheibe), einer Verdampfung der Bremsflüssigkeit, einer Komponentenabnutzung (einschließlich einer thermischen Verformung der Bremsscheiben) und eines thermischen Rüttelns (Vibrationen, die der Fahrer spüren und hören kann) hervorrufen.
Zum Verringern der Temperatur-/Wärmeansammlung in den Bremsscheiben, welche durch die Reibungskräfte hervorgerufen wird, können die Scheiben beispielsweise Lüftungslöcher aufweisen, die in die Kante der Scheibe eingeformt sind, um zu ermöglichen, dass die Wärme, die sich am Metall der Scheibe angesammelt hat, entweichen kann. Herkömmliche ventilierte Scheiben können beispielsweise Reibungselemente aufweisen (welche die entgegengesetzt weisenden ringförmigen Reibungsflächen tragen), die in einer beabstandeten parallelen Beziehung angeordnet sind. Die Reibungselemente sind durch dazwischen liegende Flügel oder Rippen verbunden, welche Kühlkanäle bilden, die sich radial und auswärts der Scheibe erstrecken. Die Kühlkanäle sind so angeordnet, dass, wenn die Scheibe gedreht wird, Luft durch die Kanäle hindurchtritt und das Kühlen der Reibungselemente bewirkt.
Wenngleich solche ventilierten Scheibenentwürfe eine gewisse Wärmeabfuhr von der Scheibe bereitstellen (um dabei zu helfen, die Reibungselemente zu kühlen), ist die bereitgestellte Wärmeabfuhr durch die Größe der Rippenoberfläche begrenzt, welche dem durch die Kanäle hindurchtretenden Luftstrom ausgesetzt ist. Der Luftstrom durch jeden Kanal ist beispielsweise nur einer Seite jeder Rippe ausgesetzt, wodurch der durch jede Rippe bereitgestellte Betrag der konvektiven Wärmeabfuhr begrenzt ist.
Es kann daher vorteilhaft sein, eine ventilierte Bremsscheibe mit einer größeren Wärmeabfuhrfläche für das Abführen von mehr Wärmeenergie von der Scheibe bereitzustellen. Es kann auch vorteilhaft sein, einen Entwurf einer ventilierten Bremsscheibe bereitzustellen, wodurch die Masse der Scheibe verringert wird.
KURZFASSUNG
Gemäß verschiedenen als Beispiel dienenden Ausführungsformen kann eine Bremsscheibe zur Anbringung an einem Rad eines Fahrzeugs ein äußeres Reibungselement und ein inneres Reibungselement aufweisen. Die Bremsscheibe kann ferner mehrere Rippenelemente aufweisen, welche das äußere Reibungselement mit dem inneren Reibungselement verbinden. Jedes Rippenelement kann einen ersten und einen zweiten Träger aufweisen, die durch einen Brückenabschnitt verbunden sind, um eine Öffnung im Rippenelement zu definieren. Die Öffnung ist dafür ausgelegt, das Hindurchtreten von Luft durch das Rippenelement zu ermöglichen.
Gemäß verschiedenen zusätzlichen als Beispiel dienenden Ausführungsformen kann eine Bremsscheibe zur Anbringung an einem Rad eines Kraftfahrzeugs eine äußere ringförmige Scheibe und eine innere ringförmige Scheibe aufweisen. Die Bremsscheibe kann ferner mehrere Rippenelemente aufweisen, die sich radial zwischen der äußeren und der inneren Scheibe erstrecken und die äußere Scheibe mit der inneren Scheibe verbinden. Jedes Rippenelement kann einen ersten und einen zweiten Träger und einen den ersten und den zweiten Träger verbindenden Brückenabschnitt aufweisen. Der Brückenabschnitt kann eine Rampe zwischen dem ersten und dem zweiten Träger bilden.
Gemäß verschiedenen weiteren als Beispiel dienenden Ausführungsformen kann ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe das Positionieren mehrerer Rippenelemente zwischen einem äußeren Reibungselement der Bremsscheibe und einem inneren Reibungselement der Bremsscheibe aufweisen. Jedes Rippenelement kann einen ersten und einen zweiten Träger aufweisen, die durch einen Brückenabschnitt verbunden sind, um eine Öffnung im Rippenelement zu definieren. Die Rippenelemente können so eingerichtet sein, dass, wenn die Scheibe gedreht wird, ein Luftströmungsweg entlang einer Länge jedes Rippenelements erzeugt wird. Die Öffnungen in den Rippenelementen können so ausgelegt sein, dass, wenn die Scheibe gedreht wird, ein Luftströmungsweg quer zu jedem Rippenelement erzeugt wird.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Offenbarung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und werden teilweise anhand der Beschreibung offensichtlich sein, oder sie können durch die Verwirklichung der Offenbarung gelernt werden. Die Aufgaben und Vorteile der Offenbarung werden durch die Elemente und Kombinationen, die in den anliegenden Ansprüchen speziell dargelegt werden, verwirklicht und erreicht.
Es ist zu verstehen, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft sind und der Erklärung dienen und die Offenbarung gemäß den Ansprüchen nicht einschränken sollen.
Die anliegende Zeichnung, die in diese Patentschrift aufgenommen ist und einen Teil davon bildet, zeigt Ausführungsformen der Offenbarung und dient zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundgedanken der Offenbarung zu erklären.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Zumindest einige Merkmale und Vorteile werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung damit vereinbarer Ausführungsformen verständlich werden, wobei die Beschreibung mit Bezug auf die anliegende Zeichnung betrachtet werden sollte. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer als Beispiel dienenden Ausführungsform einer ventilierten Bremsscheibe gemäß der vorliegenden Offenbarung, wobei ein Teil eines inneren Reibungselements der Scheibe abgebrochen ist, um Rippenelemente zu zeigen,
2 eine Seitenansicht der Bremsscheibe aus 1,
3 eine Schnittansicht der Bremsscheibe aus 1 durch eine Linie 3-3 aus 2,
die 4A und 4B detaillierte Ansichten eines Rippenelements der Bremsscheibe aus 1,
5 eine vergrößerte teilweise perspektivische Ansicht der Bremsscheibe aus 1, wobei das innere Reibungselement entfernt ist, um die Rippenelemente zu zeigen,
6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren als Beispiel dienenden Ausführungsform einer ventilierten Bremsscheibe gemäß der vorliegenden Offenbarung, wobei ein Teil eines inneren Reibungselements der Scheibe abgebrochen ist, um Rippenelemente zu zeigen,
7 eine Seitenansicht der Bremsscheibe aus 6,
8 eine Schnittansicht der Bremsscheibe aus 6 durch eine Linie 8-8 aus 7 und
9 eine vergrößerte teilweise perspektivische Ansicht der Bremsscheibe aus 6, wobei das innere Reibungselement entfernt ist, um die Rippenelemente zu zeigen.
Wenngleich die folgende detaillierte Beschreibung auf der Erläuterung dienende Ausführungsformen Bezug nimmt, werden viele Alternativen, Modifikationen und Variationen davon Fachleuten einfallen. Demgemäß sollte der beanspruchte Gegenstand breit ausgelegt werden.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun detailliert auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von denen Beispiele in der anliegenden Zeichnung dargestellt sind. Die verschiedenen als Beispiel dienenden Ausführungsformen sollen die Offenbarung nicht einschränken. Im Gegenteil soll die Offenbarung Alternativen, Modifikationen und gleichwertige Ausgestaltungen abdecken.
Gemäß verschiedenen als Beispiel dienenden Ausführungsformen sieht die vorliegende Offenbarung eine ventilierte Bremsscheibe mit einem innovativen Rippenentwurf vor, wodurch die Masse der Scheibe verringert werden kann und die Wärmeabfuhrfähigkeit der Scheibe verbessert werden kann. Beispielsweise verwenden die hier beschriebenen als Beispiel dienenden Ausführungsformen Rippenelemente mit einer vergrößerten Wärmeabfuhrfläche (d.h. der Fläche jeder Rippe, die in Kontakt mit der durch jeden Ventilationskanal der Scheibe strömenden Luft ist). Verschiedene als Beispiel dienende Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, sehen beispielsweise eine ventilierte Bremsscheibe mit mehreren Rippenelementen vor, wobei jedes Rippenelement einen ersten und einen zweiten Träger aufweist, die durch einen Brückenabschnitt verbunden sind, um eine Öffnung im Rippenelement zu definieren, die es ermöglichen kann, dass Luft durch das Rippenelement hindurchtreten kann. Auf diese Weise kann, wenn die Scheibe gedreht wird, ein Luftströmungsweg sowohl entlang einer Länge jedes Rippenelements (d.h. zwischen den Rippenelementen) als auch über die Breite jedes Rippenelements (d.h. durch die Rippenelemente) erzeugt werden, wodurch auch Turbulenz über die Rippenelemente erzeugt wird, um Wärme von der Scheibe abzuführen. Ferner verringert das Entfernen eines Teils jedes Rippenelements (d.h. zur Bildung der Öffnung in jedem Rippenelement) die Masse jedes Rippenelements und die Gesamtmasse der Scheibe selbst.
Die 1–5 zeigen eine als Beispiel dienende Ausführungsform einer ventilierten Bremsscheibe 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Bremsscheibe 100 umfasst ein äußeres Reibungselement 102, das mit einem inneren Reibungselement 104 durch mehrere Rippenelemente 106, 108 verbunden ist. Die Bremsscheibe 100 umfasst beispielsweise ferner eine Nabenmontagefläche 110, die sich vom äußeren Reibungselement 102 erstreckt, um die Bremsscheibe 100 mit einem Rad (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) zu verbinden. Wie am besten in der Schnittansicht aus 3 dargestellt ist, kann die Nabenmontagefläche 110 beispielsweise über einen Halsabschnitt 111 mit dem äußeren Reibungselement 102 der Scheibe 100 verbunden werden. Die Nabenmontagefläche 110 kann beispielsweise mehrere Bohrlöcher 113 aufweisen, die dafür ausgelegt sind, Ansatzbolzen (nicht dargestellt) zum Anbringen der Scheibe 110 am Rad des Kraftfahrzeugs aufzunehmen. Auf diese Weise ist das äußere Reibungselement 102 so ausgelegt, dass es vom Fahrzeug fort weist, wenn die Scheibe 100 am Rad angebracht ist, und ist das innere Reibungselement 104 so ausgelegt, dass es zum Fahrzeug weist, wenn die Scheibe 100 am Rad angebracht ist.
Wie in den 1–3 dargestellt ist, können gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die äußeren und inneren Reibungselemente 102 und 104 jeweils äußere und innere ringförmige Scheiben umfassen und können sich die Rippenelemente 106, 108 radial zwischen den äußeren und inneren Scheiben erstrecken, um mehrere Ventilationskanäle 130 zwischen den Scheiben zu erzeugen. Auf diese Weise sind, wie in den 1 und 5 dargestellt ist, die Rippenelemente 106, 108 so angeordnet, dass, wenn die Scheibe 100 gedreht wird (beispielsweise wenn die Scheibe 100 an einem Rad eines Kraftfahrzeugs angebracht ist), ein Luftströmungsweg F₁ entlang einer Länge jedes Rippenelements 106, 108 innerhalb der Ventilationskanäle 130 erzeugt wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie beispielsweise in 5 dargestellt ist, sind Lufteinlässe 132 für die Ventilationskanäle 130 an Innenkanten des äußeren und des inneren Reibungselements 102 und 104 bereitgestellt, so dass die Scheibe 100 als ein Zentrifugalgebläse wirkt, das Luft nach außen durch die Ventilationskanäle 130 zu Luftauslässen 134 an den Außenkanten des äußeren und des inneren Reibungselements 102 und 104 treibt.
Wie am besten möglicherweise in den 4A, 4B und 5 dargestellt ist, umfasst jedes der Rippenelemente 106, 108 einen jeweiligen ersten und zweiten Träger 112 und 114, die durch einen Brückenabschnitt 116 verbunden sind. Die Träger 112, 114 und der Brückenabschnitt 116 definieren eine bogenförmige Öffnung 118 in jedem jeweiligen Rippenelement 106, 108, die dafür ausgelegt ist, Luft (d.h. von den Ventilationskanälen 130) durch die Rippenelemente 106, 108 hindurchzulassen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen bildet beispielsweise der Brückenabschnitt 116 eine Rampe 120 zwischen dem ersten und dem zweiten Träger 112 und 114, so dass die Öffnung 118 eine abgerundete Dreiecksform aufweist. Wie beispielsweise in den 1 und 5 dargestellt ist, sind die Öffnungen 118 in den Rippenelementen 106, 108 so ausgelegt, dass, wenn die Scheibe 100 gedreht wird (beispielsweise wenn die Scheibe 100 am Rad des Kraftfahrzeugs angebracht ist), ein Luftströmungsweg F₂ über die Breite jedes Rippenelements 106, 108 erzeugt wird. Beispielsweise werden gemäß verschiedenen Ausführungsformen mehrere Luftströmungswege F₂ um die Scheibe 100 erzeugt, beispielsweise einschließlich eines getrennten Luftströmungswegs F₂ für jedes Rippenelement 106, 108 und eines Luftströmungswegs F₂, der sich durch mehrere Rippenelemente 106, 108 erstreckt, wie in den 1 und 5 dargestellt ist. Auf diese Weise wird Turbulenz auch über die Rippenelemente 106, 108 erzeugt, um Wärme von der Scheibe 100 abzuführen.
Mit anderen Worten sind die Rippenelemente 106, 108 so konfiguriert, dass, wenn die Scheibe 100 gedreht wird, Luft teilweise innerhalb jedes Ventilationskanals 130 (entlang dem Luftströmungsweg F₁) und dann teilweise durch jede Öffnung 118 in den Rippenelementen 106, 108 (entlang dem Luftströmungsweg F₂) strömt. Die durch die Öffnungen 118 (entlang dem Luftströmungsweg F₂) strömende Luft kann dann teilweise sowohl durch die benachbarten Öffnungen 118 (d.h. um die Scheibe 100) als auch teilweise durch den benachbarten Ventilationskanal 130 nach außen weiter strömen. Auf diese Weise sind die Rippenelemente 106, 108 so ausgelegt, dass, wenn die Scheibe 100 gedreht wird, auch ein Luftströmungsweg F₃ erzeugt wird, der eine Kombination der Luftströmungswege F₁ und F₂ ist (beispielsweise kann sich der Luftströmungsweg F₁ um eine dem Luftströmungsweg F₂ entsprechende Länge erstrecken), um mehr Wärme von der Scheibe 100 abzuführen.
Wie in den 1–5 dargestellt ist, können gemäß verschiedenen als Beispiel dienenden Ausführungsformen die mehreren Rippenelemente erste und zweite alternierende Rippenelemente 106 und 108 umfassen, die um die Drehachse der Scheibe 100 angeordnet sind, so dass der Brückenabschnitt 116 jedes ersten Rippenelements 106 mit dem inneren Reibungselement 104 der Scheibe 100 gekoppelt ist und der Brückenabschnitt 116 jedes zweiten Rippenelements 108 mit dem äußeren Reibungselement 102 der Scheibe 100 gekoppelt ist. Die vorliegende Offenbarung sieht jedoch Bremsscheiben vor, die eine beliebige Anzahl, Konfiguration (d.h. Abmessung und/oder Geometrie) und/oder Orientierung der Rippenelemente 106, 108 aufweisen. Durchschnittsfachleute werden daher verstehen, dass die in den 1–5 dargestellte Bremsscheibe 100 nur als Beispiel dient und eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen soll. Demgemäß können Bremsscheiben gemäß der vorliegenden Offenbarung verschiedene Konfigurationen und/oder Orientierungen von Reibungselementen und Rippenelementen aufweisen, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung und der Ansprüche abzuweichen, und sie sind nicht durch spezifische Geometrien und/oder Orientierungen beschränkt.
Beispielsweise kann gemäß verschiedenen zusätzlichen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine ventilierte Bremsscheibe mehrere Rippenelemente aufweisen, die alle die gleiche Orientierung aufweisen. Wie in den 6–9 dargestellt ist, kann eine Bremsscheibe 200 beispielsweise gemäß verschiedenen Ausführungsformen ein äußeres Reibungselement 202 aufweisen, das durch mehrere Rippenelemente 206, die um die Drehachse der Scheibe 200 angeordnet sind, um mehrere Ventilationskanäle 230 zu erzeugen, mit einem inneren Reibungselement 204 verbunden ist. Wie in 9 dargestellt ist, weist ähnlich der Ausführungsform aus den 1–5 jedes der Rippenelemente 206 jeweilige erste und zweite Träger 212 und 214 auf, die durch einen Brückenabschnitt 216 verbunden sind, um in jedem Rippenelement 206 eine bogenförmige Öffnung 218 zu definieren. Auch bilden gemäß verschiedenen Ausführungsformen die Brückenabschnitte 216 jeweils eine Rampe 220 zwischen jeweiligen ersten und zweiten Trägern 212 und 214.
Ähnlich den vorstehend beschriebenen Öffnungen 118 sind die Öffnungen 218 dafür ausgelegt, Luft (d.h. von den Ventilationskanälen 230) durch die Rippenelemente 206 hindurchzulassen. Demgemäß erzeugen die Rippenelemente 206 ähnlich der Scheibe aus den 1–5, wenn die Scheibe 200 gedreht wird (beispielsweise wenn die Scheibe 200 an einem Rad eines Kraftfahrzeugs angebracht ist), einen Luftströmungsweg F₁ innerhalb der Ventilationskanäle 230 entlang der Länge jedes Rippenelements 206 und erzeugen die Öffnungen 218 in den Rippenelementen 206 einen Luftströmungsweg F₂ über die Breite jedes Rippenelements 206, um Turbulenz über das Rippenelement 206 zu erzeugen. Wie vorstehend sind gemäß verschiedenen Ausführungsformen mehrere Luftströmungswege F₂ um die Scheibe 200 erzeugt, beispielsweise einschließlich eines getrennten Luftströmungswegs F₂ für jedes Rippenelement 206 und eines Luftströmungswegs F₂, der sich durch mehrere Rippenelemente 206 erstreckt, wie in den 6 und 9 dargestellt ist.
Ähnlich den Rippenelementen 106, 108 sind auch die Rippenelemente 206 so ausgelegt, dass, wenn die Scheibe 200 gedreht wird, ein Luftströmungsweg F₃ erzeugt wird, der eine Kombination der Luftströmungswege F₁ und F₂ ist (beispielsweise kann sich der Luftströmungsweg F₁ über eine Länge erstrecken, die dem Luftströmungsweg F₂ entspricht), um mehr Wärme von der Scheibe 200 abzuführen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in den 6–9 dargestellt ist, ist der Brückenabschnitt 216 jedes Rippenelements 206 mit dem inneren Reibungselement 204 gekoppelt. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, werden Durchschnittsfachleute verstehen, dass gemäß verschiedenen zusätzlichen Ausführungsformen der Brückenabschnitt 216 jedes Rippenelements 206 stattdessen mit dem äußeren Reibungselement 202 gekoppelt sein kann.
Zum Prüfen und Optimieren der erwarteten Wärmeabfuhrverbesserung und Massenverringerung der ventilierten Bremsscheiben gemäß der vorliegenden Offenbarung gegenüber herkömmlichen ventilierten Bremsscheiben wurden ventilierte Bremsscheiben gemäß der vorliegenden Offenbarung, ähnlich den Bremsscheiben 100 (d.h. mit alternierenden Rippenelementen) und 200 (d.h. mit Einwegrippenelementen), die vorstehend mit Bezug auf die 1–9 erläutert und beschrieben wurden, durch ein rechnerisches Fluiddynamikmodell (CFD-Modell) unter Verwendung der FLUENT^®-Software modelliert. Eine als Referenz dienende herkömmliche ventilierte Bremsscheibe wurde für Vergleichszwecke auch in einem CFD-Modell modelliert. Alle CAD-(computerunterstützter Entwurf)-Modelle wurden unter Verwendung von CATIA^® erzeugt.
Unter Verwendung der Modelle wurde auf der Grundlage herkömmlicher Herstellungsparameter (d.h. zum Formen der Scheiben) ein Experimententwurf (DOE) entwickelt, um verschiedene Scheibenabmessungen zu testen, um (1) die Massenflussrate von Luft durch die Rippenelemente und (2) den Wärmefluss von den Rippenelementen zu optimieren. Als Beispiel dienende Abmessungen und Toleranzen A–H (siehe beispielsweise die 4A und 4B) für die Scheiben 100 und 200 auf der Grundlage dieser Analyse werden nachstehend in den Tabellen 1–3 vorgestellt.
Die Wärmeabfuhr und die Masse der optimierten Modelle wurden dann mit dem Referenzmodell (d.h. der herkömmlichen ventilierten Bremsscheibe) verglichen, um die erwartete Wärmeabfuhrverbesserung und Massenverringerung jedes Scheibenentwurfs zu prüfen (d.h. mit den alternierenden Rippenelementen und mit den Einwegrippenelementen). Auf der Grundlage dieses Vergleichs wurde vorhergesagt, dass die Scheiben mit alternierenden Rippenelementen (d.h. Scheibe 100) eine um etwa 5,5 % bis etwa 8,3 % stärkere Wärmeabfuhr aufweisen würden als die herkömmliche Scheibe und etwa 2,2 % bis etwa 12,3 % weniger wiegen würden als die herkömmliche Scheibe. Ähnlich wurde vorhergesagt, dass die Scheiben mit Einwegrippenelementen (d.h. Scheibe 200) eine um etwa 7 % bis etwa 9,8 % stärkere Wärmeabfuhr aufweisen würden als die herkömmliche Scheibe und etwa 1,3 % bis etwa 11,3 % weniger wiegen würden als die herkömmliche Scheibe.
Wie vorstehend sieht die vorliegende Offenbarung Bremsscheiben mit verschiedenen Abmessungen und/oder Orientierungen von Reibungselementen und Rippenelementen vor. Dementsprechend sollen die vorstehenden Abmessungen und Toleranzen die vorliegende Offenbarung oder den Schutzumfang der hier vorgestellten Erfindung nicht einschränken. Vielmehr repräsentieren die Abmessungen und Toleranzen als Beispiel dienende Ausführungsformen der verschiedenen gezeigten Komponenten. Durchschnittsfachleute werden verstehen, dass Modifikationen an diesen Abmessungen und Toleranzen nach Wunsch und gemäß der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Die vorliegende Offenbarung sieht ferner Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe in der Art beispielsweise der vorstehend mit Bezug auf die 1–9 beschriebenen Bremsscheiben 100 und 200 vor, um die konvektive Wärmeabfuhr der Scheibe zu erhöhen. Gemäß verschiedenen als Beispiel dienenden Ausführungsformen können zum Erhöhen der von der Bremsscheibe 100, 200 abgeführten Wärmemenge mehrere Rippenelemente 106, 108, 206 zwischen einem äußeren Reibungselement 102, 202 der Bremsscheibe 100, 200 und einem inneren Reibungselement 102, 202 der Bremsscheibe 100, 200 angeordnet werden. Wie vorstehend umfasst jedes Rippenelement 106, 108, 206 erste und zweite Träger 112, 212 und 114, 214, die durch einen Brückenabschnitt 116, 216 verbunden sind, um eine einzige bogenförmige Öffnung 118, 218 im Rippenelement 106, 108, 206 zu definieren.
Wenn demgemäß die Scheibe 100, 200 gedreht wird (beispielsweise wenn die Scheibe 100, 200 an einem Rad eines Kraftfahrzeugs angebracht ist), können die Rippenelemente 106, 108, 206 einen Luftströmungsweg F₁ entlang jedem Rippenelement 106, 108, 206 (d.h. innerhalb der Ventilationskanäle 130, 230) erzeugen und können die Öffnungen 118, 218 in den Rippenelementen 106, 108, 206 einen Luftströmungsweg F₂ über die Breite jedes Rippenelements 106, 108, 206 erzeugen, um Turbulenz über die Rippenelemente 106, 108, 206 zu erzeugen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Öffnungen 118, 218 in den Rippenelementen 106, 108, 206 beispielsweise mehrere Luftströmungswege F₂ um die Scheibe 100, 200, einschließlich beispielsweise eines getrennten Luftströmungswegs F₂ für jedes Rippenelement 106, 108, 206, und einen Luftströmungsweg F₂, der sich durch mehrere Rippenelemente 106, 108, 206 erstreckt, erzeugen. Mit anderen Worten bewegt sich gemäß verschiedenen Ausführungsformen ein Luftstrom teilweise innerhalb jedes Ventilationskanals 130, 230 (entlang einem Luftströmungsweg F₁) und dann teilweise durch jede Öffnung 118, 218 in den Rippenelementen 106, 108, 206 (entlang einem Luftströmungsweg F₂). Die durch die Öffnungen 118, 218 (entlang dem Luftströmungsweg F₂) strömende Luft kann dann teilweise durch die benachbarten Öffnungen 118, 218 (d.h. um die Scheibe 100, 200) weiter strömen und teilweise durch den benachbarten Ventilationskanal 130, 230 ausströmen. Auf diese Weise wird ein Luftströmungsweg F₃ erzeugt, der eine Kombination der Luftströmungswege F₁ und F₂ ist (beispielsweise kann sich der Luftströmungsweg F₁ über eine Länge erstrecken, die jener des Luftströmungswegs F₂ entspricht), um mehr Wärme von der Scheibe 100, 200 abzuführen.
Wie in der Ausführungsform aus den 1–5 dargestellt ist, können die mehreren Rippenelemente gemäß verschiedenen Ausführungsformen erste und zweite alternierende Rippenelemente 106 und 108 aufweisen und können die Rippenelemente 106 und 108 zwischen den äußeren und inneren Reibungselementen 102 und 104 angeordnet sein, so dass der Brückenabschnitt 116 jedes ersten Rippenelements 106 mit dem inneren Reibungselement 104 gekoppelt ist und der Brückenabschnitt 116 jedes zweiten Rippenelements 108 mit dem äußeren Reibungselement 102 gekoppelt ist.
Wie in der Ausführungsform aus den 6–9 dargestellt ist, können gemäß verschiedenen zusätzlichen Ausführungsformen die mehreren Rippenelemente Rippenelemente 206 mit der gleichen Orientierung aufweisen, und können die Rippenelemente zwischen den äußeren und inneren Reibungselementen 202 und 204 derart angeordnet sein, so dass der Brückenabschnitt 216 jedes Rippenelements mit dem inneren Reibungselement 204 gekoppelt ist. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, können gemäß verschiedenen weiteren Ausführungsformen die Rippenelemente 206 auch zwischen den äußeren und inneren Reibungselementen 202 und 204 derart angeordnet sein, so dass der Brückenabschnitt 216 jedes Rippenelements mit dem äußeren Reibungselement 202 gekoppelt ist.
Die Bremsscheiben 100, 200 können unter Verwendung beliebiger Durchschnittsfachleuten bekannter Verfahren und/oder Techniken hergestellt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Bremsscheiben 100, 200 beispielsweise aus einem geschmolzenen Metall wie beispielsweise Eisen, das in eine Form gegossen wird, geformt werden. Gemäß verschiedenen zusätzlichen Ausführungsformen können die Bremsscheiben 100, 200 aus einem Verbundmaterial wie beispielsweise einem verstärkten Carbonmaterial oder einem Keramikmatrixverbundstoff geformt werden.
Wenngleich die vorliegende Offenbarung in Bezug auf als Beispiel dienende Ausführungsformen offenbart wurde, um ein besseres Verständnis der Offenbarung zu erleichtern, sei bemerkt, dass die Offenbarung auf verschiedene Arten verwirklicht werden kann, ohne vom Grundgedanken der Offenbarung abzuweichen. Daher sollte die Offenbarung als alle möglichen Ausführungsformen einschließend angesehen werden, die aufgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken der in den anliegenden Ansprüchen dargelegten Offenbarung abzuweichen. Wenngleich die vorliegende Offenbarung ferner mit Bezug auf Kraftfahrzeuge erörtert wurde, werden Durchschnittsfachleute verstehen, dass die offenbarten vorliegenden Lehren ebenso gut auf einen beliebigen Fahrzeugtyp angewendet werden können, der ein Bremssystem aufweist, welches Bremsscheiben verwendet.
Für die Zwecke dieser Beschreibung und der anliegenden Ansprüche sind, sofern nichts anderes angegeben wird, alle Zahlen, die Mengen, Prozentsätze oder Proportionen ausdrücken, und andere Zahlenwerte, die in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, als in allen Fällen durch den Begriff "in etwa" modifiziert anzusehen. Demgemäß sind, sofern nichts gegenteiliges angegeben wird, die in der geschriebenen Beschreibung und den Ansprüchen dargelegten Zahlenparameter Näherungen, die von den gewünschten Eigenschaften abhängen können, die durch die vorliegende Offenbarung erhalten werden sollen. Zumindest und nicht als Versuch, die Anwendung der gleichwertigen Ausgestaltungen auf den Schutzumfang der Ansprüche zu beschränken, sollte jeder Zahlenparameter zumindest angesichts der Anzahl der erwähnten signifikanten Stellen und durch Anwenden gewöhnlicher Rundungstechniken ausgelegt werden.
Es sei bemerkt, dass die Singularformen "ein", "eine", "eines" und "der/die/das", die in dieser Beschreibung und den anliegenden Ansprüchen verwendet werden, Pluralbezüge einschließen, es sei denn, dass sie ausdrücklich und eindeutig auf einen Bezug beschränkt werden. Demgemäß schließt beispielsweise ein Bezug auf "einen Sensor" zwei oder mehr verschiedene Sensoren ein. Hier soll der Begriff "einschließen" und seine grammatikalischen Varianten als nicht einschränkend ausgelegt werden, so dass durch eine Aufzählung von Bestandteilen in einer Liste andere ähnliche Bestandteile nicht ausgeschlossen werden sollen, welche die aufgezählten Bestandteile ersetzen können oder zu diesen hinzugefügt werden können.
Fachleute werden verstehen, dass verschiedene Modifikationen und Abänderungen am System und am Verfahren der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne von ihrem Schutzumfang abzuweichen. Andere Ausführungsformen der Offenbarung werden Fachleuten beim Lesen der Beschreibung und bei der Verwirklichung der hier offenbarten Lehren verständlich werden. Es sei bemerkt, dass die Beschreibung und die hier beschriebene Ausführungsform nur als Beispiel anzusehen sind.
Es wird ferner beschrieben:

A. Bremsscheibe zur Anbringung an einem Rad eines Fahrzeugs, welche Folgendes umfasst: ein äußeres Reibungselement 102, ein inneres Reibungselement 104 und mehrere Rippenelemente 106, 108; 206, welche das äußere Reibungselement 104 mit dem inneren Reibungselement 102 verbinden, wobei jedes Rippenelement 106, 108; 208 einen ersten und einen zweiten Träger 112, 114; 212, 214 umfasst, die durch einen Brückenabschnitt 116, 216 verbunden sind, um eine Öffnung 118, 218 im Rippenelement 106, 108; 206 zu definieren, wobei die Öffnung 118, 218 dafür ausgelegt ist, das Hindurchtreten von Luft durch das Rippenelement 106, 108; 206 zu ermöglichen.
B. Bremsscheibe nach A, wobei die Rippenelemente 106, 108; 206 so eingerichtet sind, dass, wenn die Scheibe gedreht wird, ein Luftströmungsweg F₁ entlang einer Länge jedes Rippenelements 106, 108; 206 erzeugt wird.
C. Bremsscheibe nach B, wobei die Öffnungen 118, 218 in den Rippenelementen 106, 108; 206 so ausgelegt sind, dass, wenn die Scheibe gedreht wird, ein Luftströmungsweg F₂ quer zu jedem Rippenelement 106, 108; 206 erzeugt wird.
D. Bremsscheibe nach C, wobei der Luftströmungsweg F₂ quer zu jedem Rippenelement 106, 108; 206 dafür ausgelegt ist, Turbulenzen quer zu den Rippenelementen 106, 108; 206 zu erzeugen.
E. Bremsscheibe nach A, welche ferner eine Nabenmontagefläche 110 umfasst, die sich vom äußeren Reibungselement 102 erstreckt und dafür ausgelegt ist, mit dem Rad des Fahrzeugs verbunden zu werden.
F. Bremsscheibe nach A, wobei das äußere und das innere Reibungselement 102, 104 jeweils eine äußere und eine innere ringförmige Scheibe umfassen und wobei sich die Rippenelemente 106, 108; 206 zwischen der äußeren und der inneren Scheibe radial erstrecken.
G. Bremsscheibe nach A, wobei die mehreren Rippenelemente 106, 108; 206 erste und zweite alternierende Rippenelemente 106, 108 einschließen und wobei der Brückenabschnitt 116 jedes ersten Rippenelements 106 mit dem inneren Reibungselement 104 gekoppelt ist und der Brückenabschnitt 116 jedes zweiten Rippenelements 108 mit dem äußeren Reibungselement 102 gekoppelt ist.
H. Bremsscheibe nach A, wobei eine Orientierung jedes Rippenelements 106, 108; 206 gleich ist.
I. Bremsscheibe nach H, wobei der Brückenabschnitt jedes Rippenelements mit dem äußeren Reibungselement gekoppelt ist.
J. Bremsscheibe nach H, wobei der Brückenabschnitt 216 jedes Rippenelements 206 mit dem inneren Reibungselement 204 gekoppelt ist.
K. Bremsscheibe nach A, wobei der Brückenabschnitt 116, 216 zwischen dem ersten und dem zweiten Träger 112, 114, 212, 214 eine Rampe 120, 220 bildet.
L. Bremsscheibe zur Anbringung an einem Rad eines Kraftfahrzeugs, welche Folgendes umfasst: eine äußere ringförmige Scheibe, eine innere ringförmige Scheibe und mehrere Rippenelemente 106, 108; 206, die sich radial zwischen der äußeren und der inneren Scheibe erstrecken und die äußere Scheibe mit der inneren Scheibe verbinden, wobei jedes Rippenelement 106, 108; 206 einen ersten und einen zweiten Träger 112, 114, 212, 214 und einen Brückenabschnitt 116, 216, der den ersten und den zweiten Träger 112, 114, 212, 214 verbindet, umfasst, wobei der Brückenabschnitt 116, 216 zwischen dem ersten und dem zweiten Träger 112, 114, 212, 214 eine Rampe 120, 220 bildet.
M. Bremsscheibe nach L, wobei die Träger 112, 114, 212, 214 und die Rampe 120, 220 in jedem jeweiligen Rippenelement 106, 108; 206 eine Öffnung 118, 218 definieren.
N. Bremsscheibe nach M, wobei die Öffnungen 118, 218 in den Rippenelementen 106, 108; 206 so ausgelegt sind, dass, wenn die Scheibe gedreht wird, ein Luftströmungsweg F₂ quer zu jedem Rippenelement 106, 108; 206 erzeugt wird.
O. Bremsscheibe nach N, wobei der Luftströmungsweg F₂ quer zu jedem Rippenelement 106, 108; 206 dafür ausgelegt ist, Turbulenzen quer zu jedem Rippenelement 106, 108; 206 zu erzeugen.
P. Bremsscheibe nach L, welche ferner eine Nabenmontagefläche 110 umfasst, die sich vom äußeren Reibungselement 104, 204 erstreckt und dafür ausgelegt ist, mit dem Rad des Fahrzeugs verbunden zu werden.
Q. Bremsscheibe nach L, wobei die mehreren Rippenelemente 106, 108; 206 erste und zweite alternierende Rippenelemente 106, 108 einschließen und wobei der Brückenabschnitt 116 jedes ersten Rippenelements 106 mit der inneren Scheibe gekoppelt ist und der Brückenabschnitt 116 jedes zweiten Rippenelements 108 mit der äußeren Scheibe gekoppelt ist.
R. Bremsscheibe nach L, wobei der Brückenabschnitt 216 jedes Rippenelements 206 mit der äußeren Scheibe gekoppelt ist.
S. Bremsscheibe nach L, wobei der Brückenabschnitt 216 jedes Rippenelements 206 mit der inneren Scheibe gekoppelt ist.
T. Bremsscheibe nach L, wobei die äußere Scheibe so ausgelegt ist, dass sie vom Fahrzeug fortgewandt ist, wenn die Scheibe am Rad angebracht ist, und wobei die innere Scheibe so ausgelegt ist, dass sie dem Fahrzeug zugewandt ist, wenn die Scheibe am Rad angebracht ist.
U. Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe, welches folgende Schritte umfasst: Positionieren mehrerer Rippenelemente 106, 108; 206 zwischen einem äußeren Reibungselement 102, 202 der Bremsscheibe und einem inneren Reibungselement 104, 204 der Bremsscheibe, wobei jedes Rippenelement 106, 108; 206 einen ersten und einen zweiten Träger 112, 114; 212, 214 umfasst, die durch einen Brückenabschnitt 116, 216 verbunden sind, um eine Öffnung 118, 218 im Rippenelement 106, 108; 206 zu definieren, wobei die Rippenelemente 106, 108; 206 so angeordnet sind, dass, wenn die Scheibe gedreht wird, ein Luftströmungsweg F₁ entlang einer Länge jedes Rippenelements 106, 108; 206 erzeugt wird, und wobei die Öffnungen 118, 218 in den Rippenelementen 106, 108; 206 so ausgelegt sind, dass, wenn die Scheibe gedreht wird, ein Luftströmungsweg F₂ quer zu jedem Rippenelement 106, 108; 206 erzeugt wird.
V. Verfahren nach U, wobei die mehreren Rippenelemente 106, 108; 206 erste und zweite alternierende Rippenelemente 106, 108 einschließen, und wobei bei der Positionierung die Rippenelemente 106, 108 so positioniert werden, dass der Brückenabschnitt 116 jedes ersten Rippenelements 106 mit dem inneren Reibungselement 104 gekoppelt wird und der Brückenabschnitt 206 jedes zweiten Rippenelements 108 mit dem äußeren Reibungselement 102 gekoppelt wird.
W. Verfahren nach U, wobei bei der Positionierung die Rippenelemente 206 so positioniert werden, dass der Brückenabschnitt 216 jedes Rippenelements 206 mit dem inneren Reibungselement 204 gekoppelt wird.
X. Verfahren nach U, wobei bei der Positionierung die Rippenelemente so positioniert werden, dass der Brückenabschnitt jedes Rippenelements mit dem äußeren Reibungselement gekoppelt wird.

Claims

Bremsscheibe zur Anbringung an einem Rad eines Fahrzeugs, welche Folgendes umfasst: ein äußeres Reibungselement (102), ein inneres Reibungselement (104) und mehrere Rippenelemente (106, 108; 206), welche das äußere Reibungselement (104) mit dem inneren Reibungselement (102) verbinden, wobei jedes Rippenelement (106, 108; 208) einen ersten und einen zweiten Träger (112, 114; 212, 214) umfasst, die durch einen Brückenabschnitt (116, 216) verbunden sind, um eine Öffnung (118, 218) im Rippenelement (106, 108; 206) zu definieren, wobei die Öffnung (118, 218) dafür ausgelegt ist, das Hindurchtreten von Luft durch das Rippenelement (106, 108; 206) zu ermöglichen.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, wobei die Rippenelemente (106, 108; 206) so eingerichtet sind, dass, wenn die Scheibe gedreht wird, ein Luftströmungsweg (F₁) entlang einer Länge jedes Rippenelements (106, 108; 206) erzeugt wird.
Bremsscheibe nach Anspruch 2, wobei die Öffnungen (118, 218) in den Rippenelementen (106, 108; 206) so ausgelegt sind, dass, wenn die Scheibe gedreht wird, ein Luftströmungsweg (F₂) quer zu jedem Rippenelement (106, 108; 206) erzeugt wird.
Bremsscheibe nach Anspruch 3, wobei der Luftströmungsweg (F₂) quer zu jedem Rippenelement (106, 108; 206) dafür ausgelegt ist, Turbulenzen quer zu den Rippenelementen (106, 108; 206) zu erzeugen.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, welche ferner eine Nabenmontagefläche (110) umfasst, die sich vom äußeren Reibungselement (102) erstreckt und dafür ausgelegt ist, mit dem Rad des Fahrzeugs verbunden zu werden.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, wobei das äußere und das innere Reibungselement (102, 104) jeweils eine äußere und eine innere ringförmige Scheibe umfassen und wobei sich die Rippenelemente (106, 108; 206) zwischen der äußeren und der inneren Scheibe radial erstrecken.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, wobei die mehreren Rippenelemente (106, 108; 206) erste und zweite alternierende Rippenelemente (106, 108) einschließen und wobei der Brückenabschnitt (116) jedes ersten Rippenelements (106) mit dem inneren Reibungselement (104) gekoppelt ist und der Brückenabschnitt (116) jedes zweiten Rippenelements (108) mit dem äußeren Reibungselement (102) gekoppelt ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, wobei eine Orientierung jedes Rippenelements (106, 108; 206) gleich ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 8, wobei der Brückenabschnitt jedes Rippenelements mit dem äußeren Reibungselement gekoppelt ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 8, wobei der Brückenabschnitt (216) jedes Rippenelements (206) mit dem inneren Reibungselement (204) gekoppelt ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, wobei der Brückenabschnitt (116, 216) zwischen dem ersten und dem zweiten Träger (112, 114, 212, 214) eine Rampe (120, 220) bildet.