DE3312804A1 - Bremsmasse, insbesondere bremsscheibe fuer bremseinrichtungen - Google Patents

Description

Anmelder: SOCIMI S.p.A.

MAILAND, Italien

"Bremsmasse, insbesondere Bremsscheibe fuer Bremseinrichtungen"

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine. Bremsmasse fuer Bremseinrichtungen, insbesondere eine Bremsscheibe fuer Scheibenbremsen. Die Bremsmasse einer Bremseinrichtung ist jener Teil derselben, auf welchen beim Bremsvorgang durch Gleiten

. Reibbelaege einwirken und der die Aufgabe besitzt, die durch Umwandlung der kinetischen Energie erzeugte Waerme zu speichern und die gespeicherte Waerme anschliessend am Ende des Bremsvorganges zufolge des Temperatur-Unterschiedes zwischen der Bremsmasse und der Umgebungsluft an diese abzugeben.

Jede Bremseinrichtung besitzt eine solche Bremsmasse, die je nach der Art der Bremse unterschiedlich ausgebildet sein kann. Zum derzeitigen Stand der Bremstechniken ist die am weitesten verbreitete Form der Bremsmasse jene der Bremsscheibe, so dass der Einfachheit halber nachfolgend auf diese besondere Form bezug genommen wird, obwohl es sich versteht, dass die Erfindung nicht auf eine Bremsscheibe beschraenkt ist, da sie in gleicher Weise . fuer alle anderen Arten von Bremsmassen fuer Bremseinrichtungen, wie Trommeln, Glocken, Baender und dergleichen, von Interesse ist.

Die Erfindung ist auch nicht auf eine besondere Verwendung der Bremseinrichtung beschraenkt, die ai jeder Art von Strassen-, Schienen-, Luft- und Wasserfahrzeug, sowie an jeglicher Industriemaschine in ortsfesten oder beweglichen Anlagen angebracht sein kann.

Das Bremsvermoegen, besser identifiziert als Bremsleistung, von Bremseinrichtungen im allgemeinen haengt weitgehend von dem Waermeaufnahmevermoegen ihrer Bremsmasse ab, das heisst von der Menge der beim Bremsvorgang erzeugten Waerme, die die Bremsmasse geeignet ist zu speichern und anschliessend abzugeben.

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Das Bremsvermoegen besitzt in der Tat eine ganz bestimmte Grenze, welche durch das hoechste Temperaturniveau gegeben ist, welches die Bremsmasse erreichen kann, ohne dass eine unannehmbare Waermezementation der Bremsmasse und ein.. Abfall der Eigenschaften der Reibbelaege eintreten, was zu abnormalen Zustaenden und/oder zu einer Verminderung der Bremskraft fuehrt.

Den hoechsten Temperaturwert erreichen die Bremsscheiben wenn der Temperatursprung zwischen Scheibe und Luft derart ist, dass die Scheibe die gesamte beim Bremsvorgang gespeicherte Werme abgeben kann, das heisst beim Erreichen des therraodynamischen Gleichgewichtes.

So wird letztenendes in Faellen vereinzelter Bremsvorgaenge (wie' zum Beispiel Bremsen von Luftfahrzeugen) , so wie in Faellen wiederholter Bremsvorgaenge in sehr kurzen Zeitabstaenden (wie zum Beispiel Bremsen von Rennfahrzeugen) , in Faellen wiederholter Bremsvorgaenge in kurzen Zeitabstaenden (wie zum Beispiel Bremsen von oeffentlichen Personentransportfahrzeugen, wie U-Bahn, Strassenbahn, Autobus, O-Bus usw.) und wiederholter Bremsvorgaenge in mittleren oder langen Zeitabstaenden (wie zum Beispiel Bremsen von Eisenbahnfahrzeugen und Kraftfahrzeugen in Betrieb auf offener Strasse), die Bemessung der Bremsscheibe stets einerseits durch die Notwendigkeit, das oben erwaehnte Bremsvermoegen sicherzustellen, und anderseits durch die entgegengesetzte Notwendigkeit beeinflusst, die Abmessungen der Bremsscheibe angesichts des stets geringen in den Fahrzeugen und Maschinen ver-

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fuegbären Raumes zu verringern.

Dies fuehrt dazu, dass die Bremsscheiben bekannter Bauart verhaeltnismaessig niedrige Bremsleistungen besitzen bzw. - falls man hoehere Werte der Bremsleistung erzielen will - hohe Temperaturen annehmen. Diese fuehren jedoch zu einer Verringerung der Sicherheit,der Wirksamkeit und der Lebensdauer der Bremse, die gewoehnlich das lebenswichtige Organ eines Fahrzeuges ist.

Ein weiterer typischer Nachteil der bekannten Bremsscheiben, bei denen die Kuehlung durch die seitens der zweckmaessigen Berippung der Scheibe herbeigefuehrte Ventilation erfolgt, besteht auch darin, dass diese Ventilation gerade zu dem Zeitpunkt, in dem sie am meisten ausgenuetzt werden sollte, das heisst am Ende des Bremsvo.rganges mit stillstehender Bremsscheibe, wenn die gesamte kinetische Energie in Waerme umgewandelt und in der Masse der Scheibe gespeichert ist, die zu diesem Zeitpunkt den hoechsten Temperaturwert- erreicht, nicht verfuegbar ist.

Diesbezueglich muss man sich vor Augen halten, dass in den meisten Faellen praktisch die gesamte, waehrend des Bremsvorganges erzeugte Waerme in der Bremsscheibe gespeichert wird, und folglich fast zur Gaenze von dieser abgegeben werden muss, da die an den Bremsbacken angebrachten und·die ortsfesten Flaechen bildenden Reibbe-

laege eine Waermeleitzahl besitzen, die weit unter jener des Metalles liegt, aus dem die Scheibe hergestellt ist. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bremsmasse fuer

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. Bremseinrichtungen zu schaffen derart, dass das Bremsver-

moegen dieser Einrichtungen, insbesondere ihre Bremslei-• stung massgeblich verbessert wird, und zwar durch ein .groesseres Waermeaufnahmevermoegen der Bremsmasse, das heisst durch eine groessere Faehigkeit derselben, Waerme zu speichern, ohne dass Verarrnungserscheinungen und/oder abnormale Betriebserscheinungen auftreten, mit einer Herabsetzung der gesamten Temperaturerhoehungen.

Zur Loesung dieser Aufgabe wird erfindungsgemaess eine Bremsmasse fuer Bremseinrichtungen vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aus einem Metallkoerper mit mindestens einem inneren Hohlraum besteht, der mit mindestens einer verschliessbaren Einfuelloeffnung versehen und mindestens teilweise mit einem Stoff . in einem beliebigen Aggregatszustand gefuellt ist, welcher Stoff ein hohes zeitweiliges Waermespeicher-vermoegen besitzt.

Diese Eigenschaft des Fuellstoffes des inneren Hohlraumes des die Bremsmasse bildenden Koerpers kann sowohl auf Zustandsaenderungen des Stoffes, als auch auf besonders guenstige, dem Stoff selbst zueigene Eigenschaften, wie ein sehr hoher Wert seiner spezifischen Waerme, als auch auf eine beliebige etwaige andere physikalische Eigenschaft des Stoffes, die diese Erscheinung mit sich bringt, zurueckzufuehren sein.

Vorteilhafterweise kann zur Fuellung des in der Bremsmasse vorhandenen inneren Hohlraumes ein Stoff verwendet werden, der unter normalen Temperatur- und Druckverhaelt-

nissen (T = O⁰C, ρ = 760 mm Hg) in festem Aggregatszustand vorliegt und der zufolge Waermezufuhr von auasen, hervorgerufen durch die Reibung der Belaege auf die Aussenflaeche der Bremsmasse, gegen innen mit Durchquerung der Wand der Bremsmasse eine erste Zustandsaenderung vorn festen in den fluessigen Zustand unter folglicher Waermeaufnahme, sowie eine zweite Zustandsaenderung vom fluessigen in den gasfoermigen Zustand unter weiterer Waermeaufnähme erleiden kann.

Am Ende des Bremsvorganges hat man somit eine Enthalpie des sich im Gleichgewichtszustand befindlichen Systems, die anschliessend beim Aufhoeren der Bremswirkung und Bewegung der Bremsmasse durch die Waende der Bremsmasse nach aussen an die Umgebungsluft zufolge Abstrahlung, Ventilation usw. unter Herabsetzung der Temperatur der Bremsmasse abgegeben wird.

Der Fuellstoff des in der Bremsmasse vorhandenen Hohlraumes traegt somit wirksam und massgebend zur Waermespeicherung durch die Bremsmasse selbst bei, wodurch die gesamte Temperaturerhoehung der Bremsmasse merkbar verringert wird. Dies fuehrt dazu, dass die erfindungsgemaesse Bremsmasse stets bei niedriger Temperatur arbeiten kann, mit allen sich daraus ergebenden Vorteilen, waehrend in dem Fall, in dem man sie bei hoeheren Temperaturen arbeiten.lassen will, bei gleich grossen Abmessungen, eine weitaus groessere Bremsleistung im Vergleich zu jener verfuegbar gemacht werden kann, die heute mit Bremsmassen bekannter Art erhaeltlich ist.

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Dank dieser besonderen Eigenart der erfindungsgemaess vorgeschlagenen Bremsraasse lassen sich somit Bremsen verwirklichen, die sich durch eine besondere Sicherheit,
Wirksamkeit und Lebensdauer auszeichnen. Ferner koennen
die abzubremsenden Massen und ihre Geschwindigkeit ver-

groessert werden und es ist moeglich die Anzahl der Bremsvorgaenge in der Zeiteinheit zu erhoehen.

Im Fall einer nach der Erfindung ausgebildeten Bremsscheibe laesst sich dieselbe auf der abzubremsenden Welle aufkeilen, ohne dass es Probleme der Sicherheit gibt, die auf Waermedehnungserscheinungen der Scheibe beruhen,
welche bekannterweise zu gegenseitigen Verschiebungen der Scheibe und der Welle fuehren.koennen.

Eine besondere, beispielsweise und nicht einschraen-. kende Ausfuehrungsform der Bremsmasse nach der Erfindung, in Form einer Bremsscheibe, ist in der Zeichnung dargestellt, wobei

Figur 1 eine Seitenansicht der Bremsscheibe ist

und

' Figur 2 einen Schnitt nach der Linie II - II der Figur 1 zeigt.

Die dargestellte Bremsscheibe umfasst eine Nabe 1,
die auf der abzubremsenden Welle 2 aufgekeilt ist, sowie
als eigentliche Bremsmasse einen Kranz 3. Sowohl die Nabe 1, als auch der Kranz 3 sind mit an sich bekannten An-

saetzen zur gegenseitigen loesbaren Verbindung der beiden Teile versehen, um die Abnahme des Kranzes zwecks Austausch durch einen neuen, wenn er den maximalen Ver-

. schleiss erreicht hat, zu gestatten. Die Montage des Kranzes 3 an der Nabe 1 kann auf beliebige an sich bekannte Weise erfolgen und gehoert nicht unmittelbar zur Erfindung, weshalb sie nicht einzeln beschrieben wird, Der Kranz koen-nte uebrigens auch unmittelbar auf der abzubremsenden Welle montiert sein.

Wie gesagt, bildet der Kranz 3 der Bremsscheibe die eigentliche Bremsmasse, das heisst das Organ welches dazu bestimmt ist, die kinetische Energie beim Bremsvorgang in Waerme zu verwandeln und praktisch die gesamte erzeugte Waerme zu speichern und sie anschliessend an die Luft abzugeben.

Die geometrischen Aussenabraessungen des Kranzes 3 entsprechen im wesentlichen jenen bekannter Bremsocheiben. _ . Gegen die, auf die Achse der abzubremsenden Welle 2 senkrecht stehenden Flaechen 4 und 5 wirken die Reibbelaege, wie Bremsbacken bzw. Bremstabletten der Bremse (nicht dargestellt). Die innere Flaeche 6 des Kranzes verbindet die Ringteile mit den Flaechen 4 und 5 und die- · se Flaeche 6 traegt die Befestigungselemente des Kranzes' 3 an der Nabe 1 bzw. wird unmittelbar an der Welle 2 befestigt.

Die Aussenflaeche 7 des Kranzes 3 verbindet einerseits die Ringteile mit den Flaechen 4 und 5 und weist ferner eine, mittels eines nicht gezeigten Propfens verschliessbare Oeffnung 8/ die Zugang zu einem, innerhalb des Kranzes 3 ausgenommenen Hohlraum 11 gewaehrt. In diesem Hohlraum koennen einstueckig mit dem Kranz 3 ausge-

bildete Versteifungsr-ippen 9, 10 vorgesehen sein, deren
Anzahl je nach den Erfordernissen gewaehlt wird.

Kennzeichnend fuer die Erfindung ist der innere
Hohlraum 11 des Kranzes 3 gaenzlich oder teilweise mit
einem durch die Oeffnung 8 bzw. die Oeffnungen eingebrachten Stoff gefuellt, der ein aeusserst hohes Waermeabsorptionsvermoegen besitzt. Diese Eigenschaft des Fuellstoffes kann auf besonders guenstige Kennzeichen des Stoffes selbst, wie seine spezifische Waerme, und/oder darauf zurueckzufuehren sein, dass der Stoff durch Waermezufuhr von aussen Aenderungen seines Aggregatzustandes erleiden kann oder auch auf ein beliebiges anderes physikalisches Kennzeichen des Stoffes, durch das diese Erscheinung
herbeigefuehrt wird. · .

Insbesondere erscheint die Wahl eines Fuellstoffes

des inneren Hohlraumes des Kranzes zweckmaessig, der bei normalen Temperatur- und Druckverhaeltnxssen (T = O⁰C,
ρ = 760 mm Hg) ein Feststoff ist. Durch Waermezufuhr von aussen, hervorgerufen durch die Reibung der Bremsbelae-

ge gegen die Aussenflaechen 4, 5 des Kranzes 3, gegen

das Innere des Kranzes unter Durchquerung seiner Waende, erfaehrt dieser feste Fuellstoff eine erste Zustandsaenderung und wird fluessig, wobei er Waerme absorbiert,
sowie gegebenenfalls eine weitere Zustandsaenderung vom

fluessigen in den gasfoermigen Zustand, wobei eine weitere Waermeabsorption stattfindet.

Wenn somit beim Bremsvorgang die gesamte kinetische Energie in Waerme verwandelt wird, dann wird dieselbe

praktisch zur Gaenze seitens der Masse des Kranzes 3 absorbiert, der die Waerrne seinerseits fast gaenzlich an den in seinem inneren Hohlraum 11 vorhandenen Stoff abgibt, Dies beruht darauf, dass der Fuellstoff physikalisch in der Lage ist, eine sehr grosse Waermemenge zu absorbieren, zufolge der Zustandsaenderung Und/oder eines sehr hohen .Wertes der spezifischen Waerme. Das tritt hauptsaechlich in der Endphase eines jeden Bremsvorganges ein, das heisst gerade dann, wenn die Bremsscheibe diese besondere Not- ' wendigkeit der Wärmespeicherung besitzt.

Wenn das Fahrzeug bzw. die Maschine, an dem bzw. an der die Bremsscheibe angebracht ist, wieder in Gang ge- _ . setzt wird (nach dem Stillstand zufolge des Abbremsens) bzw. wenn die Bremswirkung aufhoert, bringt es die allmaehliche Rueckkehr des Fuellstoffes des Hohlraumes 11 des Kranzes 3 in seinen urspruenglichen Zustand mit sich, dass die von ihm absorbierte Waerme anschliessend wieder an. den Kranz abgegeben wird, der - nachdem er zu diesem Zeitpunkt keiner Bremswirkung ausgesetzt ist - in der Lage ist, die Waerme durch Abstrahlung, zufolge der Beiueftung durch den Fahrtwind usw. an die Umgebung abzugeben.

Zum Zeitpunkt des naechsten Bremsvorganges hat der Fuellstoff thermisch wieder seinen urspruenglichen Zu- · stand angenommen.

Aus dem bisher Gesagten ergibt sich klar, dass die erfindungsgemaesse Bremsscheibe oder allgemein die Bremsmasse stets bei niedriger Temperatur arbeiten kann, mit allen sich daraus ergebenden Vorteilen, bzw. dass es moeg-

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lieh ist, sofern man sie bei hoeheren Temperaturen arbei ten lassen will, am Fahrzeug bzw. an der Maschine ueber Bremsleistungen zu verfuegen, die bei vergleichsweise gleichen Abmessungen der Bremsscheibe weitaus groesser als jene sind, die bisher mit bekannten Bremsscheiben bzw. Bremsmassen erzielbar waren.

Als fuer die Zwecke der Erfindung geeignete Stoffe zum Euellen des bzw. der Hohlraeume der Bremsmasse, gibt es eine weite Auswahlmoeglichkeit. Rein beispielsweise und nicht einschraenkend koennen die Kaeltemittel genannt werden, wie zum Beispiel die Fluor- Chlorderivate der Kohlenwasserstoffe mit kaelteerzeugenden Eigenschaften, Natriummetall, Lithiumbromid und zahlreiche andere.

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Claims (5)

1. Anmelder: SOCIMI S.p.A.

   : MAILAND, Italien

   "Bremsmasse, insbesondere Bremsscheibe fuer Bremseinrichtungen"

   PATENTANSPRUECHE

   \\,λ Bremsmasse fuer Bremseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem, mit mindestens einem, mindestens eine verschliessbare Fuelloeffnung (8) aufweisenden inneren Hohlraum (11) versehenen Metallkoerper (3) besteht und dass dieser innere Hohlraum (11)

   mindestens teilweise mit einem Stoff gefuellt ist, der ein hohes zeitweiliges Waermespeichervermoegen besitzt.
2. 2. Bremsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Fuellstoff unter normalen Umgebungstemperatur- und Druckverhaeltnissen im festen Zustand befindet.
3. 3·. Bremsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Fuellstoff unter normalen Umgebungstemperatur .- und Druckverhaeltnissen im fluessigen Zustand befindet.
4. h, Bremsmasse nach·Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Fuellstoff unter normalen Umgebungstemperatur - und Druckverhaeltnissen im gasfoermigen Zustand befindet.
5. 5. Bremsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fuellstoff eine hohe spezifische Waerme besitzt.