DE2501874A1

DE2501874A1 - Segmentierte bremsscheibe

Info

Publication number: DE2501874A1
Application number: DE19752501874
Authority: DE
Inventors: Robert E Berger
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1974-01-16
Filing date: 1975-01-16
Publication date: 1975-07-24
Also published as: FR2257820B1; BE824203A; GB1477698A; NL7500117A; US3904000A; NL173303C; JPS5723819B2; SE413339B; FR2257820A1; AU7610574A; NL173303B; IT1024449B; SE7500369L; JPS50101771A; CA1022087A

Description

Segmentierte Bremsscheibe

Die Erfindiang betrifft eine segmentierte Bremsscheibe, insbesondere eine Bremsscheibe, bei der verschiedene Segmente derart zusammenwirken, daß sie gemeinsam eine gegenüber Scherbeanspruchung und Spannungsbruch (tensile failure) weniger anfällige ringförmige Scheibe bilden.

Bisher werden die in der Praxis verwendeten Scheibenbremsen, etwa bei zivilen oder militärischen Düsenflugzeugen, im allgemeinen als eine kontinuierliche, das heißt einstückige Einheit hergestellt. Eine derartige Bauweise erweist sich als kostspielig, denn solche Bremsscheiben sind hohen thermischen Beanspruchungen sowie Scher- und Biegekräften ausgesetzt und können während ihres Betriebs tatsächlich zu Bruch gehen. Darüber hinaus ist die Scheibe teilweise bzw. sektoral während der verschiedenen Bremsmanöver zusätzlichen Beanspruchungen ausgesetzt, die ebenso zu einem Bruch der Scheibe führen können.

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Die Mängel einer festen,' einstückigen Bremsscheibe können dadurch ein wenig vermindert werden, daß gemäß der Erfindung segmentierte Bremsscheiben verwendet werden, wobei die Segmente durch Federn oder Metallelemente miteinander verbunden sind. Beispielsweise können durch große Wärmeentwicklung und hohe Temperaturen hervorgerufene Belastungen und Beanspruchungen durch Anordnung eines Spaltes zwischen den einzelnen Segmenten reduziert werden, der eine Ausdehnung gestattet. Darüberhinaus «werden beim Anmeldungsgegenstand die Scher- und Biegekräfte reduziert und die auf die Bremsscheibe wirkenden Bremskräfte ausgeglichen,

In einer besonderen Ausführungsform einer bisher bekannten segmentierten Bremsscheibe sind die Scheiben mit Hilfe eines Stiftes (plug) miteinander verbunden» Jedoch neigt der Stift dazu, die auf die Scheibe wirkenden Kräfte leicht zu übertragen, so daß er die oben erwähnten Probleme nicht zu beseitigen in der Lage ist. Darüberhinaus ist die Scheibe Zerstörungen ausgesetzt, die die von dem Stift übertragenen Scher- und Zugkräfte mit sich bringen.

Es ist daher Ziel und Zweck der Erfindung, eine segmentierte Bremsscheibe zu schaffen, die wirtschaftlich herstellbar ist. Darüberhinaus sollen bei der zu schaffenden segmentierten Bremsscheibe die thermischen Beanspruchungen und Belastungen sowie die Zugkräfte vermindert werden. Ferner ist es Ziel und Zweck der Erfindung, die segmentierte Bremsscheibe derart auszubilden, daß die auf die verschiedenen Segmente wirkenden Bremskräfte sich ausgleichen. Die erfindungsgemäße, segmentierte Bremsscheibe soll durch die oben erwähnten Maßnahmen eine verlängerte Lebensdauer erhalten.

Im allgemeinen umfaßt eine segmentierte Bremsscheibe eine

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Vielzahl von bogenförmigen Segmenten, wobei wenigstens ein Teil dieser Segmente vorspringende Elemente aufweist, und wobei wenigstens ein Teil der Segmente mit Aufnahmeorganen versehen ist. Die vorspringenden Elemente wirken mit den Aufnahmeorganen derart zusammen, daß sie eine ringförmige Bremsscheibe bilden.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie aus der in der Anlage beigefügten Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Endteile von zwei benachbarten Segmenten der segmentierten Bremsscheibe;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die segmentierte Bremsscheibe nach Linie 2-2 in Fig. 1 mit einer Darstellung der Anbringung einer Klammer am Segment;

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Draufsicht mit einer Darstellung des·Zusammenwirkens eines Vorsprungs mit einer diesen Vorsprung aufnehmenden Ausnehmung; und -

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine andere. Ausführungsform der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße segmentierte Bremsscheibe 10 ist aus einer Vielzahl von bogenförmigen Segmenten 11 gebildet, wobei die Segmente zu einem ringförmigen Gebilde zusammengefügt sind. Obwohl die einzelnen Segmente unterschiedliche Längen aufweisen können, sind sie aufgrund leichterer Herstellung, einfacherer Montage und wegen der Kosten im allgemeinen mit gleicher Länge versehen.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind die Segmente 11 durch Klammern 12 fest miteinander verbunden.

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Vorzugsweise sind die Klammern 12 am Außenumfang der Bremssegmente angeordnet. Die Klammern 12 sind gemäß Fig. 1 mit einem zentralen Schlitz 13 und Endabschnitten 14 versehen. Die gewöhnlich als Keilnuten dienenden Schlitze 13 bewirken, daß die Bremsscheiben 10 während einer Betätigung der Bremse rotieren.

Die Bremsscheibe 10 ist gewöhnlich eine in einer Bremsanordnung zwischen einer Druckplatte und einer hinteren Platte angeordnete rotierende Scheibe und ist zwischen stationären Bremsscheiben alternierend angeordnet. Die stationären Bremsscheiben weisen an ihren inneren Umfangsflächen Keilnuten auf, die mit an einer Hohlwelle (torque tube) angeordneten Keilzähnen derart zusammenwirken, daß bei möglicher axialer Hin- und Herbewegung ihre Drehung verhindert wird. Die Keilnuten der rotierenden Hohlwelle sind an einem Rad, etwa an einem Rad eines Flugzeugfahr-•werks, angeordnet. Obwohl die stationären Scheiben im allgemeinen aus einer einstückigen kohlenstoffhaltigen Scheibe hergestellt sind, können sie gemäß der Erfindung auch aus einzelnen Segmenten gebildet werden.

Zur gegenseitigen Verbindung der Segmente 11 zur Bildung der Scheibe 10 dienen Nieten 15 oder andere konventionelle Befestigungselemente. Gemäß Fig. 2 weisen die seitlichen Schenkel 16 der Klammern 12 zur Aufnahme der Nieten 15 öffnungen 17 auf. Ferner sind die Segmente 11 mit Bohrungen 18 versehen, die ein wenig größer ausgebildet sind als die mit ihnen fluchtenden Klammerbohrungen 17, so daß eine schnelle und sichere Montage einer Klammer 12 zur Bildung einer ringförmigen Bremsscheibe möglich ist. Vorzugsweise können in die Öffnungen 18 Büchsen 19 eingesetzt werden, um einen größeren lastaufnehmenden Bereich zu schaffen. Die Klammern 12 sind aus festem Metall, etwa aus Stahl, hergestellt, der den auf die Keilnuten während eines Brems-

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manövers ausgeübten Kräften standhalten kann. Es hat sich erwiesen, daß die Kraft von den Keilnuten auf die Klammern 12 auf einen ziemlich großen Bereich der Klammern 12 wirksam übertragen wird, wenn die Wände 12 über dem Klammerschlitz 13 mit einem Winkel von ungefähr 20° bis etwa 30° gegenüber der Vertikalen oder gegenüber der Radiallinie geneigt ausgebildet sind.

Die Bremsscheibensegmente 11 weisen jeweils Einrichtungen auf, die mit entsprechend ausgebildeten Einrichtungen eines benachbarten Segments 11 in Wirkverbindung bringbar sind. Wenn eine nur in einer Richtung beaufschlagte Scheibe verwendet wird, d.h. eine Scheibe, bei der die Kräfte nur auf eine Seite der Klammer 12 übertragen werden, dann können die zusammenwirkenden Einrichtungen der Bremssegmente 11 einfach ein (hier nicht dargestelltes) radial abgesetztes Teil an jedem Segment 11 sein, das mit einem entsprechenden Teil eines anderen Segments 11 derart zusammenwirkt, daß ein schmaler Spalt zwischen den abgesetzten Teilen verbleibt, der die thermische Expansion ausgleicht. Die bogenförmige oder horizontale Fläche der Absätze wirken gegenseitig zusammen und übertragen die Scherkräfte und Belastungen. Gemäß den in den Fig. 1 und 3 dargestellten, bevorzugten Ausführungsformen können die ineinandergreifenden Einrichtungen von einer Zunge 21 und einer Nut 26 gebildet sein. Obwohl die Zunge 21 mit zahlreichen Formen versehen sein kann, weist sie vorzugsweise bogenförmige oder horizontal vorspringende Flächen 22 und eine r.adiale Länge auf, die hohen Scherbelastungen wider- ■ stehen kann. Obwohl die Ausnehmung ebenfalls mit zahlreichen Formen versehen sein kann, ist sie vorzugsweise mit bogenförmigen oder längs verlaufenden Flächen 27 versehen, die mit den bogenförmigen Flächen 22 der Zunge 21 in Eingriff gebracht werden können. Wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt,, ist es erwünscht, daß die Zunge 21 und die Nut 26 entlang

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ihrer bogenförmigen Flächen 22 und 27 derart zusammenwirken, daß ein schmaler Spalt 31 zwischen den einzelnen Segmenten 11 entlang ihrer radialen Flächen aus nachfolgend noch zu erläuternden Gründen verbleibt. Obwohl die Zunge 21 in der Zeichnung so dargestellt ist, als sei sie an einem Ende eines Segments 11 angeordnet und als sei die Ausnehmung 26 _:am anderen Ende des Segments 11 vorgesehen, können diese Anordnungen auch variiert werden. Beispielsweise kann sich die Bremsscheibe auch zusammensetzen aus alternierenden Segmenten, wobei ein beidseitig mit Zungen versehenes Segment mit einem benachbart angeordneten, beidseitig mit Ausnehmungen versehenen Segment zusammenwirken kann.

Während des Bremsmonövers übertragen die mit den Segmenten fest verbundenen Klammern 12 die Antriebs- und Reifenbelastungen. Gleichzeitig entwickelt sich auch Wärme infolge der Reibung zwischen der rotierenden und der stationären Scheibe während des Bremsens. Während normaler Bremsbetätigungen ist es nicht ungewöhnlich, an den Scheibenflächen Temperaturen von über 137O⁰C (2500⁰F) oder 165O°C (300O⁰F) zu messen. Derartig extreme Temperaturen haben natürlich eine Ausdehnung des Materials zur Folge und verursachen in der Bremsscheibe zusätzliche Belastungen. Dank des vorgesehenen Spaltes 31» der vorzugsweise eine Größe von etwa 1,587 mm (1/16 in.) aufweisen kann, können die Segmente 11 entlang der bogenförmigen Flächen 22 der Zunge 21 und der bogenförmigen Flächen 27 der Ausnehmung 26 gegenseitig frei expandieren. Eine derartige Anordnung des Spaltes 31 beseitigt weitgehend oder vermindert zumindest durch Wärmeentwicklung und thermische Expansion hervorgerufene zusätzliche Belastungen. Darüberhinaus werden Spannungs- oder Reifenkomponenten weitgehend vermindert, die sich aus der entlang einer Diagonallinie übertragenen Kraft in einer Ausführungsform ergeben, in der ein fester Stift (pulg) zwischen zwei benachbarten Segmenten verwendet wird. Da derartige Kräfte weitgehend reduziert sind, weist die Bremsscheibe 10 eine länge-

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re oder verlängerte Lebensdauer auf, da eine dünnere Scheibendicke verwendet werden kann. ·

Während der Bremsbetätigung übt die (hier nicht dargestellte) Keilnut eine Kraft aus, etwa gemäß Fig. 1 auf die linke Seite des zentralen Schlitzes 13· Dies hat zur Folge, daß das rechts gelegene Teil des gemäß Flg. 1 eine Zunge aufweisenden Segments sich radial nach außen bewegt und durch eine gleiche und entgegengesetzt wirkende Kraft ausgeglichen wird, was zur Folge hat, daß das benachbarte, links gelegene Teil des eine Ausnehmung enthaltenden Segments sich radial nach innen bewegt. Derartige Kräfte treten in jeder rotierenden oder stationären Scheibe auf und erzeugen Scherkräfte, die über die Nieten auf die Segmente oder Scheiben übertragen werden. Diese Scherkräfte werden über die ganzen Scheiben oder Segmente hin in einer im allgemeinen radialen Richtung durch die Berührung der bogen-, förmigen Flächen 22 und 27 der Zungen 21 und Ausnehmungen übertragen. Somit muß die längs verlaufende Ausdehnung einer solchen Fläche im allgemeinen nur dazu ausreichen, die typischen und anormalen Scherkräfte adäquat zu manipulieren, die infolge der Kraftübertragung durch die Keilnut auf die Bremsscheibe auftreten. Darüberhinaus gestattet es die Anordnung des Spaltes 31, daß das radial innere Teil der Scheiben sich während hoher Betriebsbeanspruchungen, wie etwa während des Landens eines Flugzeugs, aus einer vertikar len Ebene herausbiegen können, womit eine Ausbildung .unzulässiger Belastungszustände vermindert wird. Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausführungsform repräsentiert somit einen unverkennbaren Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik.

Ein weiterer Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik ist durch die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform offen-

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bart, die gegenüber der oben erläuterten Ausführungsform ähnlich ausgebildet ist, mit der Ausnahme, daß hier Federn vorgesehen sind. Die Erläuterung des in den Fig..1 bis 3 dargestellten Gegenstandes ist somit allgemein auf die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform anwendbar. In Fig. 4 weisen Segmente 111 Klammern 112 auf. Wie in der obigen Ausführungsform sind auch die Klammern 112 ganz allgemein aus festem Metall, etwa aus Stahl, ausgebildet, um den auf sie durch die (hier nicht dargestellten) Keilnuten eines Rades in einer Bremsanordnung ausgeübten großen Kräften standzuhalten. Die Klammern 112 sind im allgemeinen mit einem zentralen Schlitz 113 und Endteilen 114 versehen. Ferner befestigen Nieten 115 oder andere konventionelle Befestigungselemente die Klammern 112 mit Hilfe der seitlichen Schenkel 116 am Außenumfang der Segmente 111 in konventioneller Weise, wie etwa auch durch die Verwendung von Büchsen. Die Klammern 112 werden im allgemeinen nur bei segmentierten rotierenden Scheiben verwendet, obwohl sie auch am Innenumfang einer segmentierten stationären Scheibe zur Anwendung kommen könnten. Normalerweise sind die stationären Scheiben nicht segmentiert infolge der Tatsache, daß die Probleme eines Bruches der Bremsscheibe weitgehend nur bei rotierenden Scheiben auftreten.

Im Gegensatz zum Stand der Technik sind die Klammern 112 am Ende jedes Segments nicht miteinander verbunden. Zur Halterung der einzelnen Segmente in Form einer ringförmigen Bremsscheibe verbindet eine Feder 120 ein Teil einer Klammer mit dem anderen Teil. Gemäß Fig. 4 geschieht dies durch Nieten. Somit brauchen die Stahlklammern nicht präzise ausgebildet zu sein, was die Herstellungskosten dieser Ausführungsform günstig beeinflußt. Der grundsätzliche Zweck der Verbindungsfeder 120 besteht in ihrer einfachen Handhabung, so daß eine vollständige ringförmige Bremsscheibe ausgeführt und

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transportiert werden kann,anstelle einzelner unverbundener Segmente.

Die Ausbildung der Einrichtungen zur gegenseitigen Anordnung der einzelnen Segmente gemäß der in Fig. 4 offenbarten Ausführungsform ist gemäß der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform sehr ähnlich. Somit wirkt ein Vorsprung 121 mit einer Ausnehmung 126 zusammen. In dieser Ausführungsform weist ein Vorsprung die Gestalt einer Zunge auf, wohingegen die Ausnehmung mit der Gestalt einer Nut versehen ist. Das Zungenteil 121 weist längsverlaufende oder bogenförmige Flächen 122 auf, während die Ausnehmung 126 mit den vorspringenden Flächen 122 zusammenwirkende, bogenförmige oder längsverlaufende Flächen 127 aufweist. Ferner ist zwischen den radialen Flächen der Segmente ein Spalt 131 vorgesehen, welcher eine Breite von vorzugsweise 1,587 mm (1/16 in.) aufweist. Der Vorsprung' kann an einem Ende eines Segmentes angeordnet sein, während die Ausnehmung am anderen Ende ausgebildet ist. Die Bremsscheibe kann aber auch aus alternierenden Segmenten gebildet sein. Darunter sind Segmente zu verstehen, die abwechselnd beidseitig mit Vorsprüngen bzw. beidseitig mit Ausnehmungen versehen sind, wobei in Gebrauchslage der Vorsprung eines Segments mit der Ausnehmung des benachbarten Segments in Wirkverbindung steht» Natürlich können die Vorsprüsge und Ausnehmungen auch andere Formen aufweisen, solange hierbei zwischen den Radialflächen und den mit diesen zusammenwirkenden bogenförmigen Flächen ein Spalt verbleibt. ■

In dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind dank des Vorhandenseins des Spaltes 131 die während des Bremsvorgangs wegen der Wärmeentwicklung gewöhnlich erzeugten zusätzlichen Scherkräfte weitgehend beseitigt, da die Segmente ineinander expandieren können. Aufgrund der Feder 120 können die Segmente zueinander leicht und ziemlich frei

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expandieren, womit praktisch alle auf Expansion beruhenden Beanspruchungen beseitigt sind. Ferner schafft die Ausbildung der bogenförmigen Flächen 122 und 127 eine beträchtliche Menge an Fläche, durch die irgendwelche radialen Scherkräfte auf die benachbarten Segmente übertragen werden können, die von der auf die Keilnuten ausgeübten Antriebskraft herrühren. Darüberhinaus schafft diese Ausführungsform weitgehend eine ebene Verteilung der Klammerantriebskräfte, da jedes Segment unabhängig und jeweils der entsprechenden Radkeilfeder ausgesetzt ist. Da die Segmente gegeneinander leicht bewegt werden können, wie etwa bei einer harten Flugzeuglandung, und da die Segmente deformiert oder ,aus einer vertikalen Ebene heraus gebogen werden können, etwa während eines BremsVorganges, neigen die Kräfte an den einzelnen Segmenten dazu, sich auszugleichen. Da somit die Kräfte das Bestreben haben, sich auszugleichen oder kleiner zu werden, kann ein schwächeres Segmentmaterial verwendet oder die Bremssegmente können mit geringerer" Dicke ausgeführt werden. Ein anderes Merkmal besteht darin, daß, weil die Antriebskraft nur Druckbeanspruchungen im Scheibenmaterial nahe der Nietlöcher hervorruft, eine stärkere oder leistungsfähigere Konstruktion die Folge ist.

Vorstehend sind nur zwei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und genauer erläuert. Im Rahmen der Erfindung sind jedoch auch andere Lösungen der gestellten Aufgabe möglich. . -

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Claims

Patentansprüche

BSSCSSSSSSSSSSSSSSSSSBSSSSSSS

Segmentierte Bremsscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe von einer Vielzahl von Segmenten (11) gebildet ist, von denen wenigstens ein Teil vorspringende Elemente (21) aufweist und von denen wenigstens ein Teil mit Aufnahmeorganen (26) versehen ist, und daß die vorspringenden Elemente (21) mit den Aufnahmeorganen (26) in Wirkverbindung stehen.
2. , Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

zwischen dem vorspringenden Element (21) und dem Aufnahmeorgan (26) ein radialer ßpalt (31) gebildet 1st.
3. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorspringende Element eine Zunge (21),und daß das Aufnahmeorgan eine Ausnehmung (26) ist.
4. Bremsscheibe nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (21) an einem Ende des Segments (11) angeordnet,und daß die Ausnehmung (26) am anderen Ende des Segments (11) vorgesehen ist.
5. Bremsscheibe nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (21) mit der Nut bzw. Ausnehmung (26) entlang bogenförmiger Flächen (22,27) in gegenseitiger Wirkverbindung stehen.
6. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet> daß die Segmente (11) durch Klammern (12) miteinander verbunden sind.

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7. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (11) durch eine Feder miteinander verbunden sind.
8. Bremsscheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment (1.1) mit einem benachbarten Segment oder einer Klammer verbunden ist.
9. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (11) gleiche Länge aufweisen.

Dipl.-Ing. H. J. Prestintf

Patentanwalt

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