DE3026354A1

DE3026354A1 - Scheibenbremse

Info

Publication number: DE3026354A1
Application number: DE19803026354
Authority: DE
Inventors: Peter J Soltis
Original assignee: Kelsey Hayes Co
Current assignee: Gunite Corp
Priority date: 1979-07-18
Filing date: 1980-07-11
Publication date: 1981-02-12
Also published as: JPH0158779B2; CA1156568A; FR2461847B1; JPS5618130A; FR2461847A1; MX148253A; GB2057609A; DE3026354C2; BR8004438A; GB2057609B; IT8023519A0; SE8005143L; IT1131711B

Description

Scheibenbremse

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Scheibenbremsen und genauer gesagt solche Scheibenbremsen, die eine thermische Ausgleichsmasse aufweisen, die am Rotor oder der Scheibe angeordnet ist. Die thermische Masse wirkt als Kühlkörper, um einen Ausgleich für den Kühlkörper zu schaffen, der durch die Lager- und Montagestruktur vorgesehen wird, die zur Befestigung des Rotors oder der Scheibe an der Radnabe Verwendung findet.

Die Entwicklung von Reibungswärme und die Vernichtung dieser Wärme verläuft bei Scheibenbremsen in Fahrzeugen auf zyklische Weise. Die Bremsen werden intermittierend und oft mit relativ geringer Häufigkeit betätigt, um das entsprechende Fahrzeug abzubremsen, wobei dieser Zyklus wesentliche Intervalle umfaßt, während denen sich die durch Reibung erhitzten Bestandteile abkühlen können. Die Masse einer festen Bremsscheibe stellt einen beträchtlichen und zugänglichen Kühlkörper dar, in den die entlang der Wände der Scheibe durch Reibungseingriff mit den Bremsklötzen erzeugte Wärmeenergie überführt werden kann. Nichts desto trotz bewirkt die Lagerstruktur, die einen beträchtlichen Kühlkörper in der Nähe des inneren Randes der Scheibe darstellt, welche keinen entsprechenden oder kompensierenden Kühlkörper am Außenrand der Scheibe

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aufweist, einen radialen Temperaturgradienten über die Scheibe·

Durch eine verlängerte Betätigung der Scheibenbremsen werden naturgemäß beträchtliche Mengen an Wärmeenergie erzeugt, die besser abgeführt werden können, wenn eine Vielzahl von radial angeordneten Belüftungskanälen innerhalb der Scheibe vorgesehen wird, die dann als Rotor bezeichnet wird. Obgleich die Bezeichnung "Scheibenbremse" üblicherweise sowohl für vollwandige als auch belüftete Rotorbremseinheiten verwendet wird, sollte die Bezeichnung "Scheibe" richtiger Weise nur für eine vollwandige Einheit und die Bezeichnung "Rotor¹* für eine belüftete Einheit verwendet werden. Dieser Unterschied wird über die nachfolgende Beschreibung aufrechterhalten, ausgenommen die Fälle, bei denen Wiederholungen der Bezeichnungen Scheibe und Rotor offensichtlich überflüssig sind oder bei denen die Bezeichnung "Scheibenbremse" als Gattungsbegriff zur Kennzeichnung einer Bremse verwendet wird, die ein rotierendes kreisförmiges ebenes Element aufweist, das sich im Reibklemmeingriff mit zwei gegenüberliegenden Bremsklötzen befindet. Die radialen Kanäle stellen zusätzliche Wärmeübertragungsflächen zur Verfügung und erhöhen die Luftzirkulation innerhalb des Rotors« Ein belüfteter Rotor führt somit im allgemeinen Wärmeenergie in die Umgebungsluft schneller ab als eine vollwandige Scheibe, was auf seine größere Wärmeübertragungsfläche und die entsprechende Luftzirkulation zurückzuführen ist. In Vergleich zu der einheitlichen Masse einer vollwandigen Scheibe stellen

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die Innen- und Außenwände eines belüfteten Rotors thermische Massen dar, die sich in unterschiedlichen thermischen Umgebungen befinden, da sie durch eine Vielzahl von radialen Rippen oder Stegen voneinander getrennt sind. Desweiteren ist die Rotor— nabe und/oder die Montageeinheit normalerweise mit mindestens einer der beiden Rotorwände ausgebildet oder an dieser befestigt und stellt somit eine beträchtliche thermische Masse oder einen Kuhlkörper dar. Folglich ist auch ein belüfteter Rotor radialen thermischen Temperaturgradienten in der der Montage- und Lagerstruktur benachbarten oder mit diesen verbundenen Wand ausgesetzt.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuartigen Bremsrotor oder eine Bremsscheibe, auf der eine thermische Ausgleichsmasse angeordnet ist, die als Kühlkörper wirkt, um einen Ausgleich für die Masse und somit den Kühlkörper zu schaffen, der von der Rotor- oder Schexbenmontageeinheit vorgesehen wird. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung deutlich werden wird, kann die Ausgleichsmasse einstückig mit dem Rotor oder der Scheibe gegossen oder in irgendeiner Stufe im Herstellungsverfahren durch irgendwelche geeignete Befestigungseinrichtungen am Rotor oder der Scheibe befestigt werden. Desweiteren kann die Ausgleichsmasse aus dem gleichen Material bestehen wie die Scheibe oder der Rotor, was jedoch nicht unbedingt der Fall sein muß. Wenn es beispielsweise auf räumliche Überlegungen ankommt, kann ein Material mit einer hohen Wärmekapazität (spezifische Wärme} Anwendung

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finden. Für andere Anwendungsfälle kann ein Material mit geringem Gewicht wünschenswert sein. Alle diese Variationen, die eine Kühlmasse zum Ausgleich der Kühlmasse der Rotor- oder Scheibenlagerstruktur vorsehen, liegen innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung.

Bei einem belüfteten Rotor muß die Ausgleichsmasse an derjenigen Wand des Rotors angeordnet sein, die der Lagereinrichtung am nächsten liegt, normalerweise der äußeren Wand, so daß die Dicke der äußeren Wand mit zunehmender radialer Entfernung von der Mitte des Rotors ansteigt. Alternativ dazu kann die Kühlkörpermasse entlang einer Rotorwand in einer Weise angeordnet sein, die den gewünschten KUhlausgleich mit der Rotorlagereinheit sicherstellt und radiale Temperaturgradienten auf ein Minimum bringt.

Desweiteren kann der belüftete Rotor oder die yollwandige Scheibe Masse oder Material um ihren Umfang herum umfassen,auf die bzw.das der Bremsklotz nicht einwirkt. Das kann dadurch erreicht werden, daß entweder der Bereich des Reibeingriffs zwischen dem Bremsklotz und der Rotor- oder Scheibenwand reduziert wird, indem die radiale Breite des Bremsklotzes verringert und dadurch ein nicht uberstrichener Ring um den Außenumfang des Rotors oder der Scheibe herum vorgesehen wird, oder daß zusätzliches Material um den Umfang der Scheibe herum in irgendeiner üblichen Form angeordnet wird. Die Verteilung (der Querschnitt) der am Umfang angeordneten Masse kann so eingestellt werden, daß eine Anpassung

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an besondere räumliche und thermische Ausgleichserfordernisse erreicht wird.

Es ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Brerasrotor oder eine Bremsscheibe zu schaffen, die einen minimalen radialen Temperaturgradienten aufweist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen belüfteten Bremsrotor zur Verfügung zu stellen, der einen minimalen radialen Temperaturgradienten aufweist und der durch übliche Herstellungsverfahren fabriziert werden kann.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung hervor* Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Scheibenbremse mit einem belüfteten Rotor unter Anwendung der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 einen Teilschnitt durch eine aus einem belüfteten Bremsrotor und einem Sattel bestehende Einheit entlang Linie 2-2 der Figur 1;

Figur 3 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten belüfteten Bremsrotors, in der die radialen Luftkanäle dargestellt sind;

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Figur 4 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten belüfteten Scheibenbreraerotors, die eine andere Ausführungsform bezüglich der Massenverteilung und der radialen Luftkanäle zeigt;

Figur 5 eine schematische Schnittansicht eines Abschnittes eines belüfteten Bremsrotors, die die allgemeine Wärmeübertragungstheorie nach der Erfindung verdeutlicht;

Figur 6 eine Teilschnittansicht durch eine erfindungsgemäß ausgebildete vollwendige Bremsscheibe;

Figur 7 eine Teilschnittansicht durch eine vollwandige

Bremsscheibe nach einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 8 eine Teilschnittansicht durch eine vollwandige Bremsscheibe nach einer zweiten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Figur 9 eine Teilschnittansicht einer vollwandigen Bremsscheibe nach einer dritten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung·

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Wie man aus Figur 1 entnehmen kann, ist die erfindungsgemäß ausgebildete Scheibenbremseinheit allgemein mit der Bezugsziffer 10 versehen. Die Bremseinheit 10 umfaßt einen Bremssattel 12 und einen Rotor 14. Der Rotor 14 weist einen Rotorabschnitt 16 auf, der allgemein ebene und parallele äußere und innere Wände 18 und 20 besitzt. Der Rotor 14 umfaßt desweiteren einen kegelstumpfförmig ausgebildeten Hutabschnitt 22, der normalerweise einstückig mit dem Rotorabschnitt 16 gegossen ist. Die Lagereinheit oder der Hutabschnitt 22 besitzt eine Vielzahl von Öffnungen 24, die mit einer Vielzahl von Radbolzen 26 und anderen Bestandteilen einer Radnabe 28 zusammenwirken, um in herkömmlicher Weise eins Befestigung der Rotoreinheit 14 an der Radnabe 28 zu bewirken. Die Lagereinrichtung für den Rotorabschnitt 16 sowie die Einrichtungen für dessen Verbindung mit der Radnabe 26 können zusätzlich zu den beschriebenen Formen und Herstellungsverfahren in vielerlei Formen ausgebildet und durch viele andere Herstellungsverfahren gefertigt werden. Beispielsweise kann die Lagereinheit aus einer ebenen, einwärts gerichteten Verlängerung eines Rotors oder einer Scheibe bestehen, die mittels einer gerippten Verbindung axial gleitend auf einer Spindel oder einer Achswelle montiert ist, aus einem verschieden ausgebildeten Einsatz, der über geeignete Befestigungseinrichtungen, die ein einstückiges Gießen einschließen, am Rotor oder der Scheibe befestigt ist, oder aus einem Gebilde, das einen U-förmigen Querschnitt aufweist und das am Umfang der Scheibe oder des

Rotors befestigt ist. Die vorliegende Erfindung kann mit allen der vorstehend beschrieben und vielen anderen Ausführungsformen verwirklicht werden.

Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, ist der Bremssattel 12 allgemein C-förmig ausgebildet und umfaßt eine Sattelbrücke 30, die einen Außenschenkel 32 und einen Innenschenkel 34 miteinander verbindet. Die Satteibrucke 3U erstreckt sich über den Rotorabschnitt 16 und wird dort durch Führungen (nicht gezeigt) gelagert und gehalten, die parallel zur Achse der Rotoreinheit 14 angeordnet und an einer Ankerplatte 35 befestigt sind. Die Führungen sehen eine schwimmende Lagerung für den Sattel 12 vor, die bei herkömmlich ausgebildeten Scheibenbremsen üblich ist. Der Innenschenkel 34 des Sattels 12 bildet einen Zylinder 36, in dem ein paesender Kolben 38 angeordnet ist. Gemäß üblicher Praxis wird der Zylinder 36 mit einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit beschickt, wodurch der Kolben 38 in Richtung auf den Roterabschnitt 16 vorgerückt wird. In der Nähe der Zylinderöffnung ist eine ringförmige Nut 40 vorgesehen, die einen Sitz für eine darin angeordnete ringförmige Dichtungseinrichtung 42 bildet. Die ringförmige Dichtungseinrichtung 42 ist vorzugsweise aus einem elastomeren Material, wie Gummi, hergestellt und verhindert einen Austritt an Hydraulikflüssigkeit vom Zylinder 36. Der Kolben 38 umfaßt eine ringförmige Nut 44, die eine Halteeinrichtung für einen komplementär ausgebildeten

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Abschnitt einer Staubhaube 46 bildet. Die Staubhaube 46 weist eine einstückig damit ausgebildete Dichtung auf, die aus einem elastomeren Material, wie Gummi, geformt ist. Die gefaltete, balgähnliche Staubhaube 46 bildet eine Schutzdichtung um den Umfang des Kolbens 38 herum zum Sattel 12, während sie gleichzeitig eine axiale Relativbewegung zwischen diesen Bestandteilen gestattet. An der Ankerplatte 35 sind eine äußere Scheibenbremsklotzeinheit 4Θ und eine innere Scheibenbremsklotzeinheit 50 gleitend angeordnet udn treten mit der Außenwand 16 und der Innenwand 20 des Rotorabschnittes 16 in Reibeingriff.

Die vorliegende Erfindung betrifft nicht die Ausbildung der Satteleinheit 12 und der zugehörigen Bestandteile. Die vorangehende Beschreibung dient vielmehr lediglich dazu, die möglichen Bestandteile zu kennzeichnen, mit denen die Erfindung kombiniert werden kann. Die Erfindung kann mit einer großen Anzahl von Satteleinheiten und Kalbenformen eines großen Variationsbereiches sowie mit anderen Bewegungsenergie— quellen, wie beispielsweise pneumatischen, mechanischen oder elektrischen Vorrichtungen, erfolgreich praktiziert werden. Da die Struktur und Funktionsweise der Satteleinheit 12 und der zugehörigen Bestandteile nicht neu und dem auf diesem Gebiet tätigen Fachmann bekannt ist, wird sie an dieser Stelle nicht weiter beschrieben.

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Wie man aus den Figuren 2 und 3 entnehmen kann, umfaßt der Rotorabschnitt 16 eine Außenwand 18 und eine Innenwand 20, wie vorstehend erläutert. Der Rotorabschnitt 16 ist belüftet und weist als solcher eine Vielzahl von radial angeordneten Kanälen 54 und eine ähnlich große Vielzahl von Rippen 56 auf, die sich in Querrichtung zwischen der Außenwand 16 und der Innenwand 20 des Rotorabschnittes erstrecken ι Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Innenwand 20, allgemeiner gesagt, diejenige Wand, die von der Montageeinheit oder dem Hutabschnitt 22 am weitesten entfernt und durch die Rippen davon getrennt ist, eine einheitliche Wanddicke auf. Die andere Wand 18 oder genauer gesagt diejenige Wand des Rotorabschnitts 16, die der Montageeinheit oder dem Hutabschnitt am nächsten liegt und mit dieser bzw. diesem verbunden ist, nimmt jedoch in ihrer Dicke mit zunehmendem Abstand von der Mitte der Rotoreinheit 14 zu. Die keilförmig ausgebildete Masse der Außenwand 18 bildet einen thermischen Ausgleich für die Masse des Hutabschnittes 22 und führt somit radiale Teraperaturgradienten über die Außenwand 18 des Rotorabschnittes 16 auf ein Minimum.

Wie in Figur 2 und insbesondere in Figur 3 dargestellt ist, wird durch die zunehmende Dicke der Außenwand 18 eine entsprechende Breitenreduzierung der Luftkanäle 54 verursacht. Wenn man davon ausgeht, daß die Einlaß- und Auslaßlängen der Kanäle 54 gleich sind, führt eine derartige Breitenreduzierung der Kanäle 54 zu einem wesentlich kleineren

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Auslaß, wodurch der Luftstrom durch die Kanäle 54 gedrosselt bzw. erschwert wird. Diese Drosselung des Luftstromes kann naturgemäß dadurch verhindert werden, daß der Bereich der Luftkanalauslässe etwa gleich oder größer gehalten wird als der Bereich der Luftkanaleinlässe. Durch Einstellung des Querachnittsbereiches der Rippen 56 kann ein im wesentlichen konstanter oder radial zunehmender Querachnittsbereich der Luftkanäle aufrechterhalten werden. Folglich kann sowohl ein thermischer Ausgleich für den Kühlkörper der Montageeinheit erzielt als auch ein guter Luftstrom durch die radialen Luftkanäle aufrechterhalten werden.

In Figur 4 ist eine andere Ausführungsfarm eines Rotors dargestellt, der mit der Bezugsziffer 60 versehen ist. Es versteht sich, daß ein belüfteter Rotor, wie beispielsweise der Rotor 16, zur Durchführung der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt im wesentlichen rechteckige Rippen oder im wesentlichen rechteckige Luftkanäle aufweisen muß. Diesbezüglich weist der Rotor 60 dieser anderen Ausführungsform eine Innenwand 62 auf, die an ihrem dünnsten Abschnitt eine konstante Dicke besitzt, und eine Außenwand 64, die eine nach außen ansteigende Dicke aufweist. Der Rotor 60 umfaßt Luftkanäle 66, die einen allgemein elliptischen Querschnitt besitzen. Die Hauptachsen der elliptischen Kanäle 66 sind in Umfangsrichtung um den Umfang des Rotors 60 herum ausgerichtet. Die Hauptachsen der elliptischen Kanäle 66 an der Innenfläche des Rotors 60 verlaufen parallel zur Achse des Rotors 60 und

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■AS·

so-mit unter rechten Winkeln zu den Hauptachsen der elliptischen Kanäle 66 an der Außenfläche des Rotors 60. Eine derartige Ausführungsfarm kann ebenfalls Luftkanäle mit konstantem oder radial ansteigenden Querschnittsbereich zusätzlich zur Kühlkörpermasse aufweisen und bringt ebenfalls radiale Temperaturgradienten in der Wand des Rotors 60 benachbart zur Montageeinheit auf ein Minimum, während ein guter Luftstrom in den elliptischen Kanälen 66 aufrechterhalten wird.

Es versteht sich von selbst, daß weder die gleichmäßig schräg ausgebildete Wand benachbart zum Hutabschnitt der bevorzugten Rotorausführungsform und ihre, allgemein rechteckigen Luftkanäle noch die ausgebogene schräge Wand der anderen Rotorform sowie deren allgemein elliptische Luftkanäle die Erfindung in irgendeiner Weise beschränken. Vielmehr soll jede beliebige Ausführungsform der Wände eines Rotors (oder einer Scheibe), die eine Kühlkörpermasse zum Ausgleich der Masse und des Kühleffektes der Rotor- bzw. Scheibenmontagrseinhelt, damit radiale Temperaturgradienten innerhalb das Rotors (oder der Scheibe) auf ein Minimum gebracht werden können, unter die Erfindung fallen.

Der thermische Ausgleich, der durch die Anordnung einer Masse an einer Wand eines belüfteten Bremsrotors erreicht wird, um einen Ausgleich für den durch die Rotormontageeinheit ^reichten Kühleffekt zu erreichen und somit radiale Temperatur-

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gradienten innerhalb des Rotars auf ein Minimum zu bringen, wird desweiteren durch Figur 5 verdeutlicht. Die folgenden Berechnungen sind lediglich beispielhafter Natur und dienen nur zur weiteren Klarstellung und Verdeutlichung der Erfindung· Die Genauigkeit der Ergebnisse ist der Komplexität und den hohen Stand der mathematischen Analyse angemessen· Die Ergebnisse können als erste Annäherung angesehen*.werden, die durch weitere mathematische und emprische Analysen sowie Experimente, wie beispielsweise Tests am Dynamometer, weiter verbessert werden können.

In Figur 5 ist eine Rotoraußenwand und ein Hutabschnitt dargestellt, wie sie beispielsweise bei Bremsen von Schwerlastkraftwagsn Verwendung finden können· Die Rippen und die Innenwand des Rotors sind in gestrichelten Linien dargestellt. Diese Bestandteile sind nicht in die nachfolgenden Berechnungen mit einbezogen, da davon ausgegangen wird, daß ihre Wärmeübertragung und ihre Temperaturgradienteneigenschaften vernachlässigbar kleine Auswirkungen auf die radiale Wärmeübertragung und die Temperaturgradienteneigenschaften der Wand des Rotors, die der Montageeinheit benachbart ist, haben. Wie bereits ausgeführt worden ist, bildet der Hutabschnitt des Rotors, der die Elemente 1, 2 und 3 der Figur 5 umfaßt, einen Kühlkörper für die Reibungshitze, die an der Oberfläche der benachbarten Außenwand des Rotors, die als Element 4 bezeichnet ist, erzeugt und von der Wand absorbiert wird· Mit 5 ist in Figur 5 eine an der Rotorwand angeordnete

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abgeschrägte Masse bezeichnet, die zusammen mit der Masse des Elementes 4 einen thermischen Ausgleich für den durch die Elemente 1, 2 und 3 des Hutabschnittes gebildeten Kühlkörper vorsieht.

Durch die nachfolgenden Berechnungen wird dieser thermische Ausgleich quantifiziert, und es wird eine angenäherte Breite oder Dicke T für das dreieckförmige Element 5 bei vorgegebenen Abmessungen der Elemente 1, 2, 3 und 4 des Hutabschnittes und des Rotorabschnittes bestimmt· Die Radien und anderen Abmessungen der Elemente des Hutabschnittes und des Rotors entsprechen den in Figur S dargestellten Abmessungen· Das Theorem von Pappus, gemäß dem sich das Volumen eines Drehkörpers aus dem Produkt aus dem erzeugenden Bereich und der vom Schwerpunkt dieses Bereiches durchlaufenden Strecke ergibt, wird dazu verwendet, um die Volumina der verschiedenen Elemente und somit die Masse und Wärmekapazität dieser Elemente zu berechnen, da davon ausgegangen wird, daß die Dichte und die spezifische Wärme des Rotors Konstanten sind.

Für das Element 1 des Hutabschnittes ist der Bereich (A.)

0,5 Zoll mal 2,4 Zoll oder A- - 1,2 Zoll , der Schwerpunktradius (Y₁) ist 1,5 Zoll plus 1,2 Zoll oder Y₁ - 2,7 Zoll und die vom Schwerpunkt (D.) durchlaufende Strecke ist 5,4 IT Zoll. Gemäß dem Theorem von Pappus entspricht das Produkt A₁ D₁ dem Volumen (V₁) des Elementes 1 und somit A₁ D₁ - 6,46 1Γ Zoll³. In ähnlicher Weise ist für das

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Element 2 der Bereich (Ap) 0,5 Zoll mal 2,0 Zoll oder A

₂ ■

1,0 Zoll², der Schwerpunktradius (Y₃) 3,9 Zoll plus 0,25 Zoll oder Y„ - 4,15 Zoll und die vom Schwerpunkt (D₃) durchlaufene Strecke 8,3 '/TZoIl. Das Produkt A₃D₃ entspricht 8,3 FZoll , welches das Volumen (V„) des Elementes 2 ist. Für das Element 3 ist der Bereich (A₃) 0,5 Zoll mal 1,2 Zoll oder A₃ ■ 0,6 Zoll , der Schwerpunktradius (Y₃) ist 3,9 Zoll plus 0,6 Zoll oder Y₃ ■ 4,5 Zoll und die vom Schwerpunkt (D₃) durchlaufene Strecke ist 9,0 T Zoll. Das Produkt A₃D₃ entspricht 5,4 TT Zoll und dem Volumen (V₃) des Elementes 3. Schließlich entspricht das Gesamtvolumen (und proportional die Masse} der Elemente 1, 2 und 3 (V₁₂3^ ^- ^{AD acler 6}'⁴⁸ ^ ^Zo11 plus 8,3TT Zoll³ plus 5,4 T Zoll³ - 20,18 TTZoIl³.

Indem man die gleichen Berechnungen für die Elemente 4 und 5 des Rotorabschnittes durchführt, erhält man für den Bereich des Elementes 4 (A₄) 0,5 Zoll mal 2,6 Zoll oder A₄- 1,3 Zoll², für den Schwerpunktradius (Y₄) 5,1 Zoll plus 1,3 Zoll oder Y₄ ·* 6,4 Zoll cirtd ■ für die vom Schwerpunkt (D₄) durchlaufene Strecke 12,8 T Zoll. Das Produkt A₄D₄ entspricht 16,6 TT Zoll . Für das Element 5 ist der Bereich (A₅) 0,5 mal 2,6 Zoll mal T oder A_. « 1,3 T Zoll, der Schwerpunktradius (Y_) 5,1 Zoll plus 0,667 mal 2,6 Zoll oder Y * 6,8 Zoll und die vom Schwerpunkt (D₅) durchlaufene Strecke 13,6 T Zoll. Das Volumen (v_) des Elementes 5 entspricht dem Produkt A,-D_ oder 17,7 Tr T Zoll .

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Um einenn statischen thermischen Ausgleich zu erreichen, muß das Volumen (und die Masse) der Elemente 1,2 und 3 etwa dem

der
Volumen (und / Masse) der Elemente 4 und 5 entsprechen odar

V₁₊V_{2 +} V₃ ~ V_{4 +} V₅

20,18 T Zoll³ ^ 16,6 T Zoll³ + 17,7 τ Τ Zoll³ 3,5Θ Γ Zoll³ τ* 17,7 1TTZoIl³
0,2 Zoll =* T

Somit stellt eine Maximalbreite des dreieckförmigen Elementes des Rotorabschnittes von 0,2 Zoll eine erste Annäherung für die Massendicke dar, mit der bei der Rotoreinheit der aufgeführten Abmessungen ein thermischer Ausgleich erreicht wird.

Die vorstehende Beschreibung von bevorzugten Auaführunggformen und anderen Ausführungsforraen befaßte sich mit belüft&ten Rotoren, die allgemein radial orientierte Luftkanäle aufwiesen, die zwischen den Wänden eines Bremsrotors angeordnet waren. Das Konzept der vorliegenden Erfindung, das auf der Anordnung von Masse an der Bremsscheibe oder dem Brsmerotor zum Ausgleich der Kühlkörpereigenschaften der Montageeinheit beruht, kann jedoch auch bei vollwandig ausgebildeten Bremsscheiben Anwendung finden. Hierzu schlägt die Erfindung entweder eine in spezieller Weise ausgebildete Umfangeverlängerung der vollwandigen Scheibe oder alternativ dazu die Anordnung eines Bremsklotzes auf der Seite der Scheibe, die dar Montageeinheit am nächsten liegt, oder auf beiden Seiten vor, der

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nicht mit der gesamten Seitenwand der Scheibe in Reibeingriff tritt, sondern ein Urafangebend nicht mitüberstreicht. Bei einer derartigen Ausbildung stellt dieser Bereich der Scheibe keine Wärmequelle aus dem Reibkontakt des Bremsklotzes dar, sondern lediglich einen Bereich zusätzlicher Masse, die als Kühlkörper wirkt, um einen thermischen Ausgleich für die Kühlkörpereigenschaften der Montageeinheit zu erreichen·

In den Figuren 6, 7, θ und 9 sind vier vollwandige Scheibenprofile dargestellt, die zur Durchführung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können· Im einzelnen ist in Figur 6 eine vollwandige Scheibe 70 dargestellt, die an einem einstückig gegossenen Hutabschnitt 72 befestigt ist. Der in Reibeingriff tretende Abschnitt der Scheibe 70, der der wirksamen radialen Breite der Bremsklötze (nicht gezeigt) entspricht, wird durch die mit der Bezugsziffer 74 versehenen Klammern gekennzeichnet. Es ist offensichtlich, daß sich die Scheibe 70 über diesen überstrichenen Bereich hinaus erstreckt. Der Außenrand der Scheibe 70 ist schief ausgebildet und weist um seinen Umfang herum einen zugespitzten, dreieckförmigen Abschnitt 76 auf. Der dreieckförmige Abschnitt 76, dessen größerer Massenanteil an der Seite der Scheibe 70 angeordnet ist, die dem Hutabschnitt am nächsten liegt, bildet in bezug auf diese Seite des Rotors einen geringfügig größeren Wärmeabsorptionsbereich als in bezug auf die gegenüberliegende Seite, so daß auf diese Weise für die Scheibe 70 ein thermischer Ausgleich erreicht wird.

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In Figur 7 ist eine erste Alternativeusführungsform einer Scheibe 80 dargestellt, die einen Hutabschnitt 82 und überstrichene Ratorflachen 84 aufweist. Wiederum ist an der Scheibe 80 zusätzliche Masse vorgesehen, die mit der Bezugsziffer 86 bezeichnet ist. Ähnlich wie bei der in Figur 6 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die Masse Θ6 um die Außenfläche der Scheibe 80 herum nicht gleichmäßig angeordnet und stellt für denjenigen Abschnitt der Scheibe 80, der dem Hutabschnitt 82 am nächsten liegt, einen etwa größeren Wärmeabsorptionsbereich dar.

Oa eine vollwandige Scheibe dazu neigt, eine einheitlichere Temperaturverteilung aufzuweisen als ein belüfteter Rotor, können Anwendungsfälle existieren, bei denen eine thermische Ausgleichsmasse in gleichmäßiger Weise dem Umfang einer Scheibe zugefügt werden soll. Desweiteren kann eine Montageeinheit, wie die vorstehend beschriebene radial verlaufende ebene Struktur, wenn sie im wesentlichen symmetrisch um die axiale Mittelebene der Scheibe herum befestigt ist, nahezu optimal durch eine entsprechend angeordnete Wärraeabsorptionsmasse ausgeglichen werden. Wie man Figur 8 entnehmen kann, ist eine vollwandig ausgebildete Bremsscheibe 90 mit einer einstückig ausgebildeten ebenen Montagestruktur 92 versehen, wie vorstehend beschrieben. Wiederum ist der in Reibeingriff tretende Bereich der Scheibe 90 durch Klammern angedeutet, die die Bezugsziffern 94 tragen. Ein Ring 96, der einen allgemein

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rechteckförmigen Querschnitt aufweist, ist um den Umfang der Scheibe 90 herum gleichmäßig angeordnet. Der Ring 96 kann zusammen mit der Scheibe einstückig gegossen oder später an dieser befestigt werden und kann aus dem gleichen oder unterschiedlichen Material wie die Scheibe 90 bestehen. Es ist offensichtlich, daß die Masse des Ringes 96 sowohl zur linken als auch zur rechten Seite der vollwandigen Scheibe 90 relativ gleichmäßig als Kühlkörper wirkt,ähnlich wie die ebene Montagestruktur 92 in-'folge der gleichmäßigen Materialverteilung um die axiale Mittelebene der Scheibe 90.

In Figur 9 ist eine dritte Alternativausführungsform einer vollwandigen Scheibe 100 dargestellt, die um ihren Umfang herum angeordnete Masse aufweist, welche einen thermischen Ausgleich für den von dem einstückig gegossenen Hutabschnitt 102 gebildeten Kühlkörper bildet. Bei dieser Ausführungsform ist die zusätzliche Masse in Form eines dreieckförmigen Abschnittes 104 ausgebildet, welcher dazu neigt, Wärmeenergie sowohl von der linken als auch der rechten Oberfläche der Scheibe 100 gleichmäßig zu absorbieren und zu vernichten, und zwar in einer Weise, die dem Ring 96 der. in Figur 8 dargestellten zweiten Ausführungsform ähnlich ist. Es ist daher offensichtlich, daß zusätzliche Masse, die entweder in eine vollwandige Scheibe oder einen belüfteten Rotor eingearbeitet ist, in irgendeiner Weise um den Umfang des Rotors herum angeordnet werden kann, die dem Ziel eines thermischen Ausgleiches des von der Montagestruktur des Rotors gebildeten

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Kühlkörpers förderlich ist. Wenn einmal die für den thermischen Ausgleich geforderten Wärmeübertragungseigenschaften festgestellt worden sind, können das spezielle Material, die Wärmekapazität, die Messe, der Querschnitt oder die Dicke durch Überlegungen in bezug auf Guß- und Herstellungstechniken, Kosten- und Energieersparnis etc. festgelegt werden.

Wie bereits vorher bemerkt, kann das erfinderische Konzept auch dadurch verwirklicht werden, indem die Größe der Oberfläche auf der Seite der Scheibe oder des Rotors, die der Montageeinheit am nächsten liegt, oder auf beiden Seiten der Scheibe oder des Rotors, welche sich mit den Bremsklötzen oder dem Bremsklotz im Reibeingriff befindet, reduziert wird. Wenn man Figur 9 betrachtet, so ist die in üblicher Welse vom Bremsklotz überstrichene Oberfläche auf der rechten Seite dargestellt und mit der Bezugsziffer 106 versehen. Auf der gegenüberliegenden Seite der Scheibe 100 wird ein reduzierter im Reibeingriff stehender Bereich, der die Bezugsziffer 108 trägt, zur Durchführung der Erfindung eingesetzt, da der mit der Bezugsziffer 110 versehene nicht in Eingriff befindliche Bereich keine Reibungshitze erzeugende Quelle mehr darstellt, sondern eine Zone mit zugehöriger Masse bildet, die als Kühlkörper wirkt. Die radiale Breite und somit der in Reibeingriff tretende Bereich sowohl des linken als auch des rechten Bremsklotzes kann reduziert werden, um auf diese Weise auf beiden Seiten der Bremsscheibe oder des Bremsrotors einen Wärmeabsorptionsbereich vorzusehen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Bremse mit einer Rotoreinheit, die einen Rotorabschnitt und eine Montagestruktur umfaßt, einem Bremssattel mit Bremsklötzen und Einrichtungen zum Vorrücken dieser Bremsklötze in Kontakt mit dem Rotorabschnitt, gekennzeichnet durch auf dem Rotor verteilte Masse zum thermischen Ausgleich für die Masse der Montagestruktur, um auf diese Weise radiale Temperaturgradienten innerhalb des Rotors auf ein Minimum zu bringen·
2. Scheibenbremse für ein Motorfahrzeug mit einer Rotoreinheit, die eine Achse aufweist, einem Bremssattel mit zwei Bremsklötzen und Einrichtungen, die mit den Bremsklötzen in Verbindung stehen, um diese in Reibkontakt mit der Rotoreinheit vorzurücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoreinheit einen Rotorabschnitt und einen mittig angeordneten Hutabschnitt aufweist, daß der Rotorabschnitt eine erste kreisförmige Wand besitzt, die an dem Hutabschnitt befestigt ist, und eine zweite koaxial angeordnete kreisförmige Wand, die im Abstand entlang der Achse von der ersten Wand angeordnet ist, und daß eine Vielzahl von Rippen vorgesehen ist, um die erste und zweite Wand miteinander zu verbinden, wobei die erste Wand eine normal zu der Achse angeordnete Außenfläche und sine relativ

zu der Achse schief angeordnete Innenfläche aufweist, so daß die Dicke der ersten Wand mit zunehmender Entfernung von der Achse ansteigt.
3. Scheibenbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wand, die zweite Wand und die Rippen radial angeordnete Luftkanäle mit im wesentlichen gleichförmigem Querschnitt bilden.
4. Scheibenbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen über ihre radiale Länge einen im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt aufweisen.
S* Scheibenbremse mit einer Rotoreinheit, die eine Achse aufweist, einem Breiessattel mit Bremsklötzen und Einrichtungen zum Vorrücken der Bremsklötze in Kontakt mit der Rotoreinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoreinheit einen Rohrabschnitt aufweist, einen mittig angeordneten Hutabschnitt und Wärmeabsorptionseinrichtungenι die radial außerhalb des Hutabachnittes angeordnet sind, um den durch den Hutabschnitt ausgebildeten Kuhlkörper im wesentlichen thermisch auszugleichen und die radialen Temperaturgradienten im Rotorabschnitt auf ein Minimum zu bringen.
6. Scheibenbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorabschnitt vollwandig ausgebildet ist und daß die Wärmeabsorptionseinrichtungen Material umfassen, das allgemein

benachbart zum Außenutnfang des Rotorabschnittes angeordnet ist.
7. Scheibenbremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Material einen im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt besitzt.
8. Scheibenbremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Material einen im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt besitzt.
9. Scheibenbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoreinheit eine erste und eine zweite Wand aufweist, die voneinander beabstandet sind, und darin radial angeordnete Luftkanäle und daß die WMrmeabsorptioneeinrichtungen entlang mindestens einer der Wände angeordnet sind.
10. Scheibenbremse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Wärmeabsorptionseinrichtungen mit zurtnmender Entfernung von der Achse ansteigt.