DE4430280A1 - Innenbelüftete Bremsscheibe für ein Fahrzeug - Google Patents
Innenbelüftete Bremsscheibe für ein FahrzeugInfo
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16D65/12—Discs; Drums for disc brakes
- F16D65/128—Discs; Drums for disc brakes characterised by means for cooling
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine innenbelüftete Brems
scheibe für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des An
spruchs 1.
Aus den Fig. 3 und 4 der DE 43 31 683 A1 ist eine
Bremsscheibe bekannt, in deren Kühlluftkanälen an den
Innenseiten der Reibringe langgestreckte Rippen mit ge
ringer Höhenerstreckung angeordnet sind. Die im Quer
schnitt rechteckförmigen Rippen verlaufen in Strömungs
richtung und dienen der Wärmeableitung.
Durch die beschriebenen Längsrippen kann zwar unter Um
ständen aufgrund der Oberflächenvergrößerung eine Erhö
hung der Wärmeableitung erzielt werden, der Wärmeübergang
von der Bremsscheibe auf die Kühlluft an sich wird jedoch
nicht beeinflußt. Da die Bremsscheiben aus Metallguß be
stehen, ist die Oberfläche der Kühlluftkanale durch eine
Gußhaut geprägt und besitzt eine entsprechend hohe
Rauhigkeit. In den Vertiefungen der Bremsscheibenoberflä
che setzt sich die im warmen Zustand sehr zähe Luft fest.
Die vorbeiströmende Kühlluft streicht über diese Vertie
fungen hinweg, so daß oberflächennahe Strömungstotgebiete
entstehen. Hierdurch wird die Wärmeabfuhr von der Brems
scheibe verschlechtert.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Wärmeabgabe der Brems
scheibe an die durchströmende Kühlluft zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
Kerngedanke ist es dabei, die Erhebungen so auszubilden,
daß sie eine Verwirbelung der durchströmenden Kühlluft
erzeugen, wodurch die Kühlluft auch in die Rauhigkeitstä
ler der Bremsscheibenoberfläche eindringen kann. Hierfür
genügen bereits Erhebungen mit geringer Höhe, da die er
zeugten Luftwirbel die oberflächennahe Grenzschicht der
Kühlluftkanäle auflösen und somit eine entscheidende Ver
besserung des Wärmeübergangs zwischen Bremsscheibe und
Kühlluft bewirken.
Die als "Turbolatoren" wirkenden Erhebungen erhohen den
Strömungswiderstand in den Kühlluftkanälen allerdings in
nicht zu vernachlässigender Weise. Deshalb ist erfin
dungsgemäß eine von der Bremsscheibe getrennte Einrich
tung vorgesehen, die Kühlluft ins Zentrum der innenbelüf
teten Bremsscheibe fördert. Durch diese Maßnahme tritt
die Kühlluft bereits mit einer gewissen Anfangsgeschwin
digkeit in die Kühlluftkanäle ein, so daß der Luftdurch
satz deutlich erhöht wird. Die Kombination aus Beschleu
nigung und anschließender Verwirbelung der Kühlluft er
möglicht eine besonders wirkungsvolle Bremsscheibenküh
lung.
Auch in der DE-AS 12 38 351 ist der Effekt einer von der
Bremsscheibenoberflache mitgeführten Grenzschicht be
schrieben, die als Isolationsschicht wirkt und den Zu
tritt der Kühlluft zur Oberfläche der Bremsscheibe behin
dert. Daher schlägt die DE-AS Feststehende Abweiser vor,
deren Kannen in der von der Bremsscheibe mitgeführten
heißen Luftgrenzschicht liegen, so daß die Grenzschicht
abgehoben bzw. abgelenkt wird. In der Praxis jedoch läßt
sich eine derartige grenzschichtauflösende Einrichtung,
die nicht mit der Bremsscheibe mitrotiert, nicht reali
sieren: Aufgrund der Fertigungstoleranzen der Brems
scheibe, des über der Zeit abnehmenden Dickenmaßes der
Bremsscheibe (Verschleiß) und eines sich im Betrieb der
Bremse möglicherweise einstellenden seitlichen Scheiben
schlages müssen die feststehenden Abweiser in einem Min
destabstand von der Bremsscheibe angeordnet werden. Da
die Grenzschicht nur ca. 1 mm dick ist, sind die vorge
schlagenen Abweiser wegen dieses erforderlichen Min
destabstandes zwangsläufig wirkungslos.
Die verschiedenen Ausgestaltungen von Erhebungen gemäß
Anspruch 2 erzeugen auf einfache und wirkungsvolle Weise
eine Verwirbelung der Kühlluft. Der Strömungswiderstand
wird - auch wegen der geringen Höhe der Erhebungen - nur
in beschränktem Maße erhöht. Die Erhebungen können regel
mäßig oder unregelmäßig angeordnet sein. Zweckmäßig ist
eine versetzte Anordnung in radialer Richtung. Erhebungen
mit Oberflächen, die durch Kanten begrenzt werden, sind
hinsichtlich der Erzeugung von Luftwirbeln wirkungsvol
ler.
Eine besonders wirkungsvolle Verwirbelung der Kühlluft
wird gemäß Anspruch 3 durch quer zur Strömungsrichtung
angestellte Rippen erzielt. Hinter den Querrippen entste
hen, je nach Geometrie der Rippen, ein oder zwei gegen
läufige Längswirbel. Die Längswirbel erhöhen den Wärme
übergang durch das "Auswaschen" der stehenden Luft in den
Oberflächenvertiefungen. In Strömungsrichtung sind hier
bei mehrere Rippen hintereinander anzuordnen, mit einem
Abstand, der auf die Turbulenzwirkung der Rippen abge
stimmt ist. Die Rippen können im Kühlluftkanal umlaufend
oder nur an gegenüberliegenden Begrenzungswänden angeord
net, sein.
V-förmig verlaufende Rippen (Anspruch 4) wirken sich be
sonders vorteilhaft auf die Luftverwirbelung aus. Die Ab
winkelung der beiden Schenkel der Rippen kann dabei asym
metrisch erfolgen.
Scharfkantige Rippenformen gemäß Anspruch 5 erzeugen
durch die scharfe Abrißkante eine intensivere Luftverwir
belung.
Zur Erhöhung des Luftdurchsatzes sind generell verschie
dene Maßnahmen denkbar. So kann durch eine geeignete
Kühlluftführung vom Frontbereich des Fahrzeuges hin zum
Bremsenbereich der Fahrtwind genutzt werden, um den Kühl
luftdurchsatz durch die Bremsscheibe zu erhöhen. Beson
ders vorteilhaft ist es, gemäß Anspruch 6 ein eigenes Ge
bläse vorzusehen, das unabhängig von der
Fahrzeuggeschwindigkeit für einen erhöhten Kühlluftdurch
satz sorgt. Das Gebläse kann beispielsweise im Motorraum
des Fahrzeuges angeordnet sein und über entsprechend ver
legte Schläuche den Bremsscheiben Kühlluft zuführen.
Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 verwendet
ein Lüfterrad, das mittels eines Übersetzungsgetriebes,
beispielsweise eines Planetengetriebes, über die Brems
scheibe angetrieben wird. Eine derartige Anordnung ist
aus der (noch nicht offengelegten) Anmeldung P . . . be
kannt. Durch diese Anordnung wird eine Kühlluftzuführung
direkt auf den mittigen Lufteinlaßbereich der Brems
scheibe ermöglicht, ohne daß die Kühlluft über Schläuche
aufwendig zugeführt werden muß.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur
Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind einige Ausfüh
rungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und
nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin
dungsgemäßen Bremsscheibe im Querschnitt,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel in einer der
Fig. 1 entsprechenden Darstellungsweise,
Fig. 3 eine Ansicht auf die Innenseite der Reibfläche
einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe, mit
unterschiedlich gestalteten Erhebungen zur Ver
wirbelung der Kühlluft und
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Luftverwirbe
lung hinter rippenartigen Erhebungen (Abbildung
dem VDI-Bericht 192 entnommen).
Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils eine Bremsscheibe 1,
die sich aus einem Bremsscheibentopf 2 und einem äußeren
sowie einem inneren Reibring 3 bzw. 4 zusammensetzt.
Durch die beiden Reibringe 3 und 4, die über radial ver
laufende Stege 5 miteinander verbunden sind, entstehen
Kühlluftkanäle 6. Diese Kühlluftkanäle 6 werden durch
paarweise gegenüberliegende Begrenzungswände (Reibringe 3
und 4 bzw. Stege 5) geformt. Kühlluft strömt über den
Eintrittsquerschnitt 7 in Richtung des Pfeils 8 in den
Kühlluftkanal 6 ein und tritt über den Austrittsquer
schnitt 9 wieder aus Bremsscheibe aus.
Gemäß der Erfindung sind an den Innenseiten der Reibringe
3 und 4 rippenförmige Erhöhungen vorgesehen. Im Falle der
Fig. 1 handelt es sich dabei um sägezahnförmige Rippen
10, deren steile Flanken entgegen der Strömungsrichtung 8
angestellt ist. Die Rippen 10 an den beiden Reibringen 3
und 4 sind versetzt angeordnet.
Die Rippen 11 der Fig. 2 sind im Querschnitt rechteck
förmig und ebenfalls versetzt an den beiden Reibringen 3
und 4 angeordnet.
Die Teilansicht der Fig. 3 zeigt eine Bremsscheibe 1 mit
Blickrichtung auf die Innenseite eines der Reibringe 3
oder 4. In der Darstellung sind mehrere Ausführungsbei
spiele luftverwirbelnder Erhebungen zusammengefaßt. Die
einzelnen Kühlluftkanäle 6a bis 6g werden von radial ver
laufenden, geradlinigen oder gekrümmten Stegen 5 bzw. 5a
voneinander getrennt.
So weist der Kühlluftkanal 6a kreiszylindrische und ke
gelförmige Erhebungen 12 bzw. 13 auf. Diese Erhebungen 12
und 13 sind in Strömungsrichtung versetzt regelmäßig an
geordnet. Der Kühlluftkanal 6e ist mit im Querschnitt
dreieckförmigen Erhebungen 14 bzw. 15 ausgestattet. Die
Erhebungen sind beispielsweise zylindrisch mit dreiecki
ger Grundfläche (Erhebungen 14) bzw. pyramidenförmig
(Erhebungen 15).
Generell sind alle Formen von "stiftartigen" Erhebungen
mit beliebigen Querschnitten denkbar. Wie die Darstellung
der Kühlluftkanäle 6a und 6e zeigt, können die Erhebungen
dabei entweder zylindrisch sein oder aber konisch zulau
fen. Auch kuppenförmige Erhebungen (Halbrund etc.) sind
möglich.
Im Unterschied zu den Kühlluftkanälen 6a und 6e, bei
denen stiftartige Erhebungen 12 bis 15 zur Luftverwirbe
lung eingesetzt sind, sind die Kühlluftkanäle 6a bis 6d
sowie 6f und 6g mit langgestreckten Erhebungen versehen,
die sich über die gesamte Breite der jeweiligen Kühl
luftkanäle erstrecken.
Im Kühlluftkanal 6b sind geradlinige Rippen 16 unter
einem Winkel α zur Strömungsrichtung 8 angestellt.
In analoger Weise ist der gekrümmte Kühlluftkanal 6f mit
leicht gekrümmten Rippen 19, die unter einem Winkel β
tangential zur Strömungsrichtung 8 verlaufen, ausgestat
tet.
Die V-förmigen Rippen 17 und 18 der Kühlluftkanäle 6c
bzw. 6g sind symmetrisch bzw. asymmetrisch ausgebildet.
Der Kühlluftkanal 6d schließlich ist mit wellenförmigen
Rippen 20 versehen.
Fig. 4 zeigt die Entstehung von Luftverwirbelungen in
einem von zwei Begrenzungswänden 103, 104 gebildeten
Kühlluftkanal 106: Hinter den V-förmig ausgebildeten Rip
pen 117 bilden sich gegenläufige Längswirbel 21, die in
die durch die Oberflächenrauhheit der Begrenzungswände
103, 104 gebildeten Strömungstotgebiete vordringen und
die dort festsitzende warme Luft herauslösen. Die einzel
nen Reihen der Rippen 117 sind in einem Abstand d ange
ordnet, der auf die wirksame Länge der Längswirbel 21 ab
gestimmt ist.
Eine Einrichtung zur Erhöhung der Durchsatzmenge und der
Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft ist bildlich nicht
dargestellt. Generell ist hierfür jede Einrichtung ge
eignet, die dafür sorgt, daß im Zentrum der innenbelüfte
ten Bremsscheibe 1 Luft bereitgestellt wird, die eine be
stimmte Strömungsgeschwindigkeit in Richtung der Pfeile 8
besitzt.
Claims (7)
1. Innenbelüftete Bremsscheibe für ein Fahrzeug, mit
zwei zueinander parallelen Reibringen, die durch ra
dial verlaufende Stege miteinander verbunden sind,
wobei die Stege zusammen mit den Innenseiten der
Reibringe Kühlluftkanäle bilden, mit einzelnen Erhe
bungen an den Begrenzungswänden der Kühlluftkanäle,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (10 bis
20; 117) so ausgebildet und so angeordnet sind, daß
sie eine Verwirbelung der Kühlluft in den Kühl
luftkanälen (6; 6a bis 6g; 106) erzeugen und daß
eine die Durchsatzmenge der Kühlluft erhöhende Ein
richtung vorhanden ist, die die Kühlluft bereits vor
ihrem Eintritt in die Kühlluftkanäle (6; 6a bis 6g;
106) beschleunigt.
2. Innenbelüftete Bremsscheibe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (12 bis
15) halbkugel-, zylinder-, kegel- oder pyramidenähn
lich sind.
3. Innenbelüftete Bremsscheibe nach Anspruch 1, mit
rippenartigen Erhebungen an den Begrenzungswänden
der Kühlluftkanäle,
dadurch gekennzeichnet, daß die rippenartigen Erhe
bungen (16 bis 20; 117) unter einem Winkel (α; β)
von 30 bis 90° zur radialen Strömungsrichtung (8)
der Kühlluft angeordnet sind.
4. Innenbelüftete Bremsscheibe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die rippenartigen Erhe
bungen (17; 18; 117) V-förmig verlaufen.
5. Innenbelüftete Bremsscheibe nach Anspruch 3 und/oder
Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die rippenartigen Erhe
bungen (10, 11) im Querschnitt dreieck- oder
rechteckähnlich sind.
6. Innenbelüftete Bremsscheibe nach wenigstens einem
der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die die Durchsatzmenge
der Kühlluft erhöhende Einrichtung von einem Kühl
luftgebläse gebildet wird.
7. Innenbelüftete Bremsscheibe nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlluftgebläse ein
koaxial zur Rotationsachse der Bremsscheibe angeord
netes Lüfterrad aufweist und ein Getriebe vorgesehen
ist, das eine Drehzahlerhöhung des Lüfterrades
gegenüber der Bremsscheibe erzeugt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944430280 DE4430280A1 (de) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | Innenbelüftete Bremsscheibe für ein Fahrzeug |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19944430280 DE4430280A1 (de) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | Innenbelüftete Bremsscheibe für ein Fahrzeug |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4430280A1 true DE4430280A1 (de) | 1996-02-29 |
Family
ID=6526605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19944430280 Withdrawn DE4430280A1 (de) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | Innenbelüftete Bremsscheibe für ein Fahrzeug |
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