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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Bremsband und eine Scheibe für eine belüftete Scheibenbremse, insbesondere,
aber nicht ausschließlich,
für Anwendungen,
auf dem Automobilsektor.
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Wie
bekannt, setzt sich eine Scheibe der Art, wie sie oben beschrieben
ist, aus zwei koaxialen Abschnitten zusammen. Ein erster Abschnitt,
die Trageglocke, ist zum Verbinden mit der Radnabe eines Fahrzeugs
vorgesehen und der verbleibende Umfangsabschnitt, das sogenannte
Bremsband, ist zum Zusammenwirken mit den Scheibenbremssätteln vorgesehen,
um eine Bremskraft auf das Rad auszuüben.
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Es
ist auch bekannt, dass während
des Betriebs der Bremsen die Reibung zwischen den Bremsklötzen der
Bremssättel
und der Oberfläche
des Bremsbandes eine große
Wärmemenge
erzeugt, welche abgeführt
werden muss. Die erzeugte Wärme
verursacht tatsächlich
viele unerwünschte
Phänomene
wie zum Beispiel die Ausbildung von Sprüngen auf der Bremsoberfläche, dauerhafte
Verformungen nach dem Abkühlen oder örtliche
Zustandsveränderungen,
die ihrerseits zu Vibrationen führen.
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Insbesondere
in Anwendungen bei Hochleistungskraftfahrzeugen mit hoher Bremsleistung
ist die abzuführende
Energie sehr hoch und es besteht ein sogar noch größerer Bedarf,
die Wärme,
welche während des
Bremsens erzeugt wird, abzuführen.
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Dieser
Bedarf an erhöhtem
Kühlungswirkungsgrad
muss jedoch mit der weiter bestehenden Notwendigkeit in Einklang
gebracht werden, den Raum, welcher durch die Scheiben besetzt wird,
unverändert
zu halten, um Modifikationen an der Aufhängung des Fahrzeugs, für das sie
gedacht sind, zu vermeiden.
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Zu
diesem Zweck sind belüftete
Bremsen einer andauernden Entwicklung unterworfen, insbesondere in
Bezug auf die Anzahl und die Konfiguration der sogenannten Belüftungskanäle, welche
zwischen den zwei Platten, die herkömmlicherweise belüftete Scheiben
bilden, und zwischen den Rippen definiert sind, welche die zwei
Platten in Querrichtung verbinden.
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Zum
Beispiel sind Rippen, welche durch gekrümmte Wände gebildet sind, die in einer
modularen Häufigkeit aufeinander
folgen, in welcher das Modul selbst durch zwei Rippen gebildet wird,
von denen die eine länger
als die andere ist, aus der US-Patentschrift Nr. 5,427,212 bekannt.
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Das
oben erwähnte
Beispiel einer Scheibenbremsenscheibe kann nicht für wirkungsvolle
Abkühlung sorgen,
um so die oben erwähnten
Nachteile völlig
zu überwinden.
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Das
Problem, das der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegt, besteht
daher darin, eine Scheibenbremsenscheibe zu gestalten, welche strukturelle
und funktionale Merkmale aufweist, um so die oben erwähnten Erfordernisse
zu befriedigen und gleichzeitig die Probleme zu verhindern, welche
mit Bezugnahme auf den Stand der Technik erwähnt wurden.
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Dieses
Problem wird durch ein Bremsband gemäß Anspruch 1 und durch eine
Scheibenbremsenscheibe gemäß Anspruch
24 gelöst.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Scheibenbremsenscheibe gemäß der Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
derselben hervor gehen, welche als ein nicht einschränkendes
Beispiel mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen bereit
gestellt wird, wobei:
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1 eine perspektivische Ansicht
einer Scheibenbremsenscheibe gemäß der Erfindung
ist,
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2 ein teilweise geschnittener
Aufriss eines Details von 1 in
einem rohen, nicht fertig gestellten Zustand ist,
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3 eine Schnittansicht ist,
welche entlang der Linie III–III
durch das Detail aus 2 aufgenommen ist,
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4 eine Schnittansicht ist,
welche entlang der Linie IV–IV
durch das Detail aus 2 aufgenommen ist,
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5 ein Aufriss eines fertig
gestellten Details aus 1 ist,
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6 eine Schnittansicht ist,
welche entlang der Linie VI–VI
durch das Detail aus 5 aufgenommen ist,
und
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7 eine perspektivische Ansicht
einer Scheibenbremsenscheibe gemäß einer
möglichen
Variante ist.
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Mit
Bezugnahme auf die oben erwähnten
Zeichnungen wird eine belüftete
Scheibe gemäß der vorliegenden
Erfindung für
den Einsatz in einer Scheibenbremse (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs
wie eines Kraftfahrzeugs allgemein als 10 gekennzeichnet.
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Die
Scheibe 10 weist eine im Wesentlichen kreisrunde Form auf
und erstreckt sich um eine Achse, die als Z–Z in 1 gekennzeichnet ist.
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Die
Scheibe 10 umfasst eine Trageglocke 12 und ein
Bremsband 14 koaxial zur Glocke 12. Die Trageglocke 12 und
das Bremsband 14 können
miteinander entweder starr oder mittels Verbindungen, welche unterschiedliche
Ausdehnung erlauben, verbunden sein. Ein Beispiel einer Glocke 12 und
eines Bremsbandes 14 im zusammengefügten Zustand wird in 7 gezeigt. Vorzugsweise
ist das Bremsband 14 aus Gusseisen des Typs, welcher üblicherweise
für Bremsscheiben
verwendet wird, wie zum Beispiel Gusseisen mit einem hohen Kohlenstoffgehalt,
hergestellt.
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Die
Trageglocke 12 umfasst einen zentralen Abschnitt 16 zum
Verbinden der Radnabe eines Fahrzeugs auf herkömmliche Weise und einen ringförmigen Umfangsabschnitt 18,
welcher sich vom zentralen Abschnitt 16 in eine Richtung
im Wesentlichen parallel zur Achse Z-Z erstreckt.
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Das
Bremsband 14, welches dazu bestimmt ist, mit den Bremssätteln zusammen
zu wirken, um die Bremskraft auf das Fahrzeug auszuüben, umfasst
eine erste Platte 20 und eine zweite Platte 22,
welche einander gegenüberliegend
angeordnet sind, um so einen Luftauslassraum 24 zu bilden.
Die erste Platte 20 ist auf derselben Seite wie die Trageglocke 12 angeordnet
und die zweite Platte 22 ist auf der gegenüber liegenden
Seite angeordnet.
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Die
zweite Platte 22 ist an der ersten Platte 20 durch
Abstandshalterelemente und in der betrachteten Ausführungsform
durch die Rippen 26, 28, 30 und 32 befestigt,
welche so geformt sind, dass sie Belüftungskanäle 34 definieren.
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Die
Rippen 26, 28, 30 und 32 bilden
ein Modul, welches in vorbestimmten Intervallen um einen Kreis im
Bremsband 14 angeordnet ist, um so eine Mehrzahl von Belüftungskanälen 34 auszubilden,
welche gleichmäßig um den
Raum zwischen den zwei Platten herum verteilt sind.
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Die
erste Rippe 26 verbindet die erste Platte 20 und
die zweite Platte 22 in ununterbrochener Weise, wie aus 4 ersehen werden kann.
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Ein
inneres Ende 26a der ersten Rippe 26 ist "V"-förmig gestaltet
und hat seine konkave Wölbung
in Richtung der Mitte des Bremsbandes 14 gewandt, wohingegen
das äußere Ende 26b der
ersten Rippe 26 ein Profil aufweist, welches im Wesentlichen
senkrecht zur ersten Platte 20 und zur zweiten Platte 22 liegt.
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Genauer
dargelegt, umfasst das "V"-förmig gestaltete
Ende zwei gerade Abschnitte, welche im Wesentlichen mit 45° zur ersten
Platte 20 und zur zweiten Platte 22 geneigt und
im Bereich einer Mittellinie der ersten Rippe verbunden sind.
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Das
innere Ende 26a ist auf einem Mittelkreis positioniert,
das ist ein Kreis mit einem Durchmesser, welcher einem Mittelwert
zwischen den Werten des inneren Durchmessers und des äußeren Durchmessers des
Bremsbandes 14 im rohen, unfertigen Zustand entspricht
(2). Das äußere Ende 26b ist
in der Nähe des äußeren Umfangs
des Bremsbandes 14 positioniert.
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Wie
in 2 gezeigt, das heißt in einer
Ebene parallel zu den Platten 20 und 22, erstreckt
sich die erste Rippe 26 entlang einer bogenförmig gekrümmten Linie,
als 36 gekennzeichnet, zu welcher relativ eine konkave
Oberfläche 38 und
eine konvexe Oberfläche 40 der
ersten Rippe definiert sein können.
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Ein
Pfeil, welcher die Hauptdrehrichtung der Scheibe 10 darstellt,
das ist die Drehrichtung, welche der Vorwärtsrichtung der Bewegung des
Fahrzeugs entspricht, ist mit 42 gekennzeichnet.
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Relativ
zu dieser Drehrichtung ist die erste Rippe 26 im wesentlichen
in einer Weise angeordnet, so dass die konkave Oberfläche 38 und
die konvexe Oberfläche 40 stromaufwärts beziehungsweise
stromabwärts
der bogenförmig
gekrümmten
Linie 36 liegen.
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Die
bogenförmig
gekrümmte
Linie 36 erstreckt sich in ununterbrochener weise entlang
zweier Kreise, welche unterhalb mit Bezugnahme auf das System der
kartesischen Achsen X und Y definiert sind, gezeigt in 2.
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Tatsächlich erstreckt
sich der innere Abschnitt der ersten Rippe 26, das ist
der Abschnitt, welcher am engsten zur Achse Z–Z liegt, entlang eines Abschnitts
eines Kreises mit dem Radius R1 und dem
Mittelpunkt A1, wohingegen der äußere Abschnitt
der ersten Rippe 26, das ist der Abschnitt am Weitesten
entfernt von der Achse Z-Z,
sich entlang eines Abschnitts eines Kreises mit dem Radius R2 und dem Mittelpunkt A2 erstreckt.
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Der
Radius R1 des inneren Abschnitts der ersten
Rippe 26 ist größer als
der Radius R2 des äußeren Abschnitts der ersten
Rippe 26.
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Die
Positionen der oben erwähnten
zwei Mittelpunkte A1 und A2 sind
ebenfalls in 2 dargestellt.
Insbesondere ist der Mittelpunkt A1 auf
einem Kreis mit dem Radius R3 außerhalb
des Bremsbandes 14 angeordnet, wohingegen der Mittelpunkt
A2 auf einem Kreis mit dem Radius R4 angeordnet ist, welcher einen Durchmesser
zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser des rohen, unfertigen
Bremsbandes 14 aufweist.
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Der äußere Abschnitt
der ersten Rippe 26 ist daher stärker bogenförmig gekrümmt als ihr innerer Abschnitt
und der äußere Abschnitt
des entsprechenden Belüftungskanals 34 weicht
folglich weiter in die Richtung entgegengesetzt der Drehrichtung
der Scheibe 10 ab.
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In 2 im bemaßten Zustand
wird der Mittelpunkt A1 durch den Schnittpunkt
des Kreises mit dem Radius R3 und einer
geraden Linie, welche sich durch den Mittelpunkt des Achsensystems
X und Y erstreckt und mit einem Winkel α von ungefähr 14° zur Achse X geneigt ist, angegeben.
In ähnlicher
weise wird der Mittelpunkt A2 durch den
Schnittpunkt des Kreise mit dem Radius R4 und
einer geraden Linie, welche sich durch den Mittelpunkt des Achsensystems
X und Y erstreckt und mit einem Winkel β von ungefähr 40° zur Achse X geneigt ist, angegeben.
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Die
erste Rippe 26 umfasst auch zwei Fortsätze 44a und 44b,
welche von der konkaven Oberfläche 38 in
Richtung des Inneren des Belüftungskanals 34 vorragen.
Der erste Fortsatz 44a ist ungefähr mittig relativ zur Länge der
ersten Rippe 26 positioniert, wohingegen der zweite Fortsatz 44b in
der Nähe
des äußeren Endes 26b positioniert
ist.
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Die
erste Rippe 26 wiederholt sich in vorbestimmten Intervallen
um den Raum 24, was die Herstellung einer Scheibe mit ungefähr 20–50 ersten
Rippen erlaubt.
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Die
weiteren Rippen 28, 30 und 32, welche
aus Gründen
der Einfachheit der Erklärung
als eine zweite, eine dritte und eine vierte Rippe bezeichnet werden,
sind entlang einer weiteren bogenförmig gekrümmten Linie, gekennzeichnet
als 46, positioniert.
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Diese
bogenförmig
gekrümmte
Linie 46 ist relativ zur bogenförmig gekrümmten Linie 36 um
einen Abstand gleich der Hälfte
des Intervalls, in welchem die bogenförmig gekrümmte Linien 36 wiederholt
werden, versetzt. Diese abwechselnde Anordnung der ersten Rippe 26 entlang
der bogenförmig
gekrümmten
Linie 36 und der anderen Rippen 28, 30 und 32 entlang
der weiteren bogenförmig
gekrümmten
Linie 46, erlaubt die Herstellung einer Scheibe mit ungefähr 40–100 Belüftungskanälen 34.
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Die
weitere bogenförmig
gekrümmte
Linie 46 erstreckt sich auch in ununterbrochener Weise
entlang zweier Kreise, welche unten mit Bezugnahme auf das System kartesischer
Achsen X und Y definiert sind, gezeigt in 2.
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Tatsächlich erstreckt
sich der innere Abschnitt der bogenförmig gekrümmten Linie 46, das
ist die Position am Nächsten
an der Achse Z–Z,
entlang eines Abschnitts eines Kreises mit dem Radius R1 und
dem Mittelpunkt B1, wohingegen der äußere Abschnitt
der weiteren bogenförmig
gekrümmten
Linie 46, das ist die Position am Weitesten entfernt von
der Achse Z–Z,
sich entlang eines Abschnitts eines Kreises mit dem Radius R2 und dem Mittelpunkt B2 erstreckt.
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Der
Radius R1 des inneren Abschnitts der bogenförmig gekrümmten Linie 46 ist
größer als
der Radius R2 des äußeren Abschnitts der bogenförmig gekrümmten Linie 46 und
insbesondere entsprechen diese Radien den jeweiligen Radien, welche
die bogenförmig
gekrümmte
Linie 36 der ersten Rippe 26 definieren.
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Der äußere Abschnitt
der weiteren bogenförmig
gekrümmten
Linie 46 ist daher stärker
gekrümmt
als ihr innerer Abschnitt und der äußere Abschnitt des entsprechenden
Belüftungskanals 34 weicht
folglich weiter in die Richtung entgegengesetzt der Drehrichtung
der Scheibe 10 ab. Alle Belüftungskanäle 34 weichen daher in
dieselbe Richtung entgegengesetzt der Drehrichtung der Scheibe ab.
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Die
Positionen der oben erwähnten
Mittelpunkte B1 und B2 sind
in 2 gekennzeichnet.
Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform,
gezeigt in 2, ist der
Mittelpunkt B1 auf einem Kreis mit dem Radius
R3 außerhalb
des Bremsbandes 14 angeordnet, wohingegen der Mittelpunkt
B2 auf einem Kreis mit dem Radius R4 angeordnet ist, welcher einen Durchmesser
zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser des Bremsbandes 14 aufweist.
Wie leicht aus den vorangehenden Aussagen abgeleitet werden kann,
liegen der Mittelpunkt A1 und der Mittelpunkt
B1 vorzugsweise auf demselben Kreis mit
dem Radius R3 und ähnlich liegen der Mittelpunkt
A2 und der Mittelpunkt B2 auf
demselben Kreis mit dem Radius R4.
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In 2 wird im bemaßten Zustand
der Mittelpunkt B1 durch den Schnittpunkt
des Kreises mit dem Radius R3 und einer
geraden Linie, welche sich durch den Mittelpunkt des Achsensystems
X und Y erstreckt und mit einem Winkel γ von ungefähr 19° zur Achse X geneigt ist, angegeben.
In ähnlicher
Weise wird der Mittelpunkt B2 durch den
Schnittpunkt des Kreise mit dem Radius R4 und
einer geraden Linie, welche sich durch den Mittelpunkt des Achsensystems
X und Y erstreckt und mit einem Winkel δ von ungefähr 34° zur Achse X geneigt ist, angegeben.
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Wie
oben erwähnt
sind die zweite Rippe 28, die dritte Rippe 30 und
die vierte Rippe 32 entlang der weiteren bogenförmig gekrümmten Linie 46 angeordnet.
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Die
zweite Rippe 28 verbindet die erste Platte 20 und
die zweite Platte 22 in ununterbrochener Weise. Darüber hinaus
weist die zweite Rippe 28 ein inneres Ende 28a,
welches in der Nähe
des inneren Durchmessers des Bremsbandes 14 im rohen, unfertigen
Zustand angeordnet ist, und ein äußeres Ende 28b auf,
welches der Abgabekante entspricht und leicht über dem oben erwähnten Mittelkreis
liegt, das ist der Kreis mittleren Durchmessers zwischen dem inneren
und dem äußeren Durchmesser
des Bremsbandes 14 im rohen, unfertigen Zustand.
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In
einem im Wesentlichen fertigen bzw. endgefertigten Bremsband 14 nimmt
die zweite Rippe 28 die Konfiguration ein, die in 5 gezeigt ist, in welcher
die Bearbeitung, die das erste Ende 28a durchlaufen hat, klar
ist.
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Die
dritte Rippe 30 ist entlang derselben bogenförmig gekrümmten Linie 46 in
einer Weise angeordnet, so dass ein inneres Ende 30a derselben
leicht über
dem oben erwähnten
Mittelkreis angeordnet ist und ein äußeres Ende 30b derselben
in der Nähe
eines Kreises angeordnet ist, dessen Durchmesser ein durchschnittlicher
Durchmesser zwischen dem Durchmesser des oben erwähnten Mittelkreises
und dem des Außenumfangs
des Bremsbandes 14 ist.
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Sowohl
das innere Ende 30a als auch das äußere Ende 30b weisen
Abschnitte 48 auf, welche im Vergleich mit der Dicke der
Rippe selbst, vergrößert sind
bzw. ein größere Dicke
aufweisen.
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Wie
in 2 gezeigt, ist die
dritte Rippe 30 im Wesentlichen in einem ringförmigen Bereich
zwischen den zwei Fortsätzen 44a und 44b der
ersten Rippe 26 angeordnet.
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Schließlich ist
die vierte Rippe 32 entlang der weiteren bogenförmig gekrümmten Linie 46 angeordnet. Diese
letzte Rippe weist ein inneres Ende 32a, welches auf einem
Kreis angeordnet ist, der im wesentlichen dem zweiten Fortsatz 44b der
ersten Rippe 26 entspricht, und ein äußeres Ende 32b auf,
welches in der Nähe des
Außenumfangs
des Bremsbandes 14 angeordnet ist.
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Die
vierte Rippe 32 ist von der Struktur her identisch mit
der dritten Rippe 30, da sowohl ihr inneres Ende 32a als
auch ihr äußeres Ende 32b Abschnitte 48 aufweisen,
die im Vergleich zur Dicke der Rippe selbst vergrößert sind.
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Die
Scheibenbremsenscheibe gemäß der Erfindung
befriedigt das oben erwähnte
Erfordernis und verhindert die Probleme, welche in Bezug auf den
Stand der Technik erwähnt
wurden. Tatsächlich
erhöht,
wie oben erklärt,
die Struktur der Scheibe gemäß der Erfindung
den Kühlungswirkungsgrad,
wie es die erzielten und in der folgenden Tabelle vorgelegten Prüfergebnisse
zeigen, wobei eine Scheibenbremsenscheibe gemäß der Lehre der US-Patentschrift Nr.
5,427,212 als Kontrolle diente.
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Die
zweite Spalte betrifft eine Scheibe, welche die Merkmale aufweist,
beschrieben in der US-Patentschrift Nr. 5,427,212, das heißt, eine
belüftete
Scheibe, bei der es sich um einen Teil des Stands der Technik handelt
und die als Kontrollgruppe ausgewählt wurde. Die dritte Spalte
andererseits betrifft eine Scheibe, welche die oben beschriebenen
Merkmale aufweist, und betrifft damit eine Scheibe gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die
einzelnen Parameter, die in Betracht gezogen wurden, besitzen die
folgende Bedeutung. In erster Linie bedeutet der Begriff "Gewicht" das Gewicht des
spanabhebend bearbeiteten, endgefertigten Bremsbandes 14 (5).
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Die
Scheibentemperatur entspricht der Temperatur der Oberfläche des
Bremsbandes 14, gemessen am Anfang einer der Bremsvorgänge, nachdem
die Scheibe in einen Bereitschaftszustand während des Prüfzyklus
gebracht worden war.
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Die
Klotztemperatur entspricht der mittleren Temperatur des Klotzes,
gemessen im gleichen Moment, in dem die Scheibentemperatur gemessen
wurde.
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Der
Begriff "Bremssattelfluidtemperatur" bedeutet die maximale
Temperatur des Bremsfluids im Bremssattel, gemessen am Ende des
Prüfzyklus.
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Der
Begriff "Klotzabrieb" bezeichnet die mittlere
Abnützung
der Klötze
bei Abschluss des Prüfzyklus.
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Schließlich definiert
der Ausdruck "Scheibensteifigkeit" einen Index des
Weges des Bremspedals, ausgewertet als der Druck, welchen die Pumpe
für jeden
Millimeter Weges des Bremssattelkolbens aufzubringen im Stande ist.
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Die
Ergebnisse, die oben angegeben werden, wurden mit einem Prüfzyklus
auf einer Bremsdynamometerbank erzielt, wobei die Prüfparameter
in beiden betrachteten Fällen
konstant gehalten wurden. Im Besonderen waren es die Parameter Energie,
die bei jedem Bremsvorgang abgeführt
wurde, die Zeit zwischen dem Beginn eines Bremsvorgangs und dem
Beginn des nächsten
Bremsvorgangs, das Drehmoment, welches während jedes Bremsvorgangs entwickelt
wurde und die Anzahl der Bremsvorgänge, welche konstant gehalten
wurden.
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Wie
aus der vorangehenden Beschreibung anerkannt werden kann, ist es
klar, dass die neuartige Konfiguration der Rippen und folglich der
Belüftungskanäle es ermöglicht,
einen grö?eren
Kühlungswirkungsgrad zu
erzielen.
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Ein
weiterer Vorteil der Scheibenbremsenscheibe gemäß der Erfindung liegt in der
Tatsache, dass sie strukturell und funktional einfach ist, so dass
sie nicht teuer in der Herstellung ist und verlässlichen Betrieb über die
Lebensdauer sicher stellt.
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Um
unvorhersehbaren und besonderen Erfordernissen begegnen zu können, kann
ein Fachmann natürlich
viele Modifikationen und Abänderungen
an der Scheibenbremsenscheibe gemäß der Erfindung vornehmen,
von denen aber alle im Schutzumfang der Erfindung, wie er in den
beiliegenden Ansprüchen
definiert ist, enthalten sind.
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Zum
Beispiel können
die Fortsätze
oder die vergrößerten Abschnitte
andere als die beschriebenen und dargestellten Formen, Größen und
Positionen aufweisen.
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Darüber hinaus
können
die Bremsoberflächen
gleichermaßen
glatt, perforiert oder mit entweder linearen oder bogenförmig gekrümmten Nuten
versehen oder sowohl perforiert als auch genutet ausgeführt sein.