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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Bremsband und eine belüftete Scheibenbremsscheibe
insbesondere, aber nicht ausschließlich, für Anwendungen in der Automobiltechnik.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Kernkasten
für die
Produktion eines Kerns für
eine Scheibenbremsscheibe.
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Bekanntlich
besteht eine Scheibe des oben genannten Typs aus zwei koaxialen
Abschnitten. Ein erster Abschnitt, die Tragglocke, dient zum Verbinden
mit der Radnabe eines Fahrzeugs, und der übrige, periphere Abschnitt,
das sogenannte Bremsband, dient dem Zusammenwirken mit dem Sattel
der Scheibenbremse, um die Bremskraft auf das Fahrzeug auszuüben.
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Genauer
gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung eine sogenannte belüftete Scheibe,
das heißt,
eine Scheibe, bei der das Bremsband durch zwei einander zugewandte,
koaxiale Platten gebildet wird, die so voneinander beabstandet sind,
dass ein Zwischenraum entsteht. Die zwei Platten sind durch säulenartige
Elemente verbunden, die sich durch den Zwischenraum zwischen den
zwei Platten erstrecken. Auf diese Weise werden Belüftungskanäle zwischen
den Platten gebildet, und Luft strömt durch die Kanäle in einer
Richtung von der Innenseite des Bremsbandes in Richtung der Außenseite
und hilft dadurch, die Wärme,
die in dem Band während
jedes Bremsvorgangs erzeugt wird, in die Umgebung abzuleiten.
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Es
sind säulenartige
Elemente in verschiedenen Formen, mit verschiedenen Größen und
mit unterschiedlicher Verteilung entlang des Zwischenraumes in dem
Bremsband bekannt. Es sind Scheibenbremsscheiben bekannt, bei denen
die säulenartigen
Elemente in einer Quincunxanordnung und in drei Reihen angeordnet
sind. Des Weiteren variiert die Querschnittsform jedes säulenartigen
Elements in einem Bereich im Wesentlichen parallel zur Richtung
des Luftstroms durch den Zwischenraum von Reihe zu Reihe. Genauer
gesagt, weisen die Elemente der inneren Reihe einen Querschnitt
auf, der in Richtung der Außenseite
des Bremsbands verjüngt
ist.
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Eine
Scheibe dieses Typs ist zum Beispiel in US-Patent Nr. 4,865,167
beschrieben.
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Es
sind auch Scheiben mit säulenartigen Elementen
von unterschiedlichem radialen Ausmaß, die in Richtung der Innenseite
des Bremsbandes gerundet sind, bekannt. Eine Scheibe dieses Typs
ist zum Beispiel in US-5,542,503 und US-6,152,270 bekannt. Die in
US-5,542,503 offenbarte Lösung
stellt ein Bremsband vor, bei dem der radseitige Reibring integral
mit der Tragglocke ausgebildet ist. Diese Lösung mag unter vielerlei Gesichtspunkten
zufriedenstellend sein, doch sie garantiert nicht die gewünschte effiziente
Luftströmung
in den Belüftungskanälen.
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Weitere
Scheiben mit säulenartigen
Elementen sind aus EP-A-0318687,
EP-A-0989321 und DE-A-4210449 bekannt.
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Obgleich
diese bekannten Scheiben unter einigen Gesichtspunkten zufriedenstellend
sind, haben sie erhebliche Nachteile.
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Zunächst einmal
ist eine schlechte Belüftungseffizienz,
oder anders ausgedrückt,
eine schlechte Kühlleistung,
festgestellt worden, die auf den Widerstand zurückzuführen ist, auf den die Luft im
Inneren des Zwischenraums im Bremsband trifft, wobei dieser Widerstand
durch die bekannte Form der Elemente hervorgerufen wird, welche
die Platten verbinden.
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Des
Weiteren ist eine schlechte Widerstandsfähigkeit des Bremsbandes gegenüber thermischen
Belastungen und, in einigen extremen Fällen, mechanischen Belastungen
festgestellt worden, wobei diese schlechte Widerstandsfähigkeit
vor allem durch die bekannte geometrische Anordnung der Elemente
hervorgerufen wird, welche die Platten verbinden.
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Wie
ebenfalls bekannt ist, werden Scheibenbremsscheiben durch Gießen hergestellt,
und die Belüftungskanäle zwischen
den zwei Platten werden während
des Gießens
unter Verwendung eines Kerns hergestellt. Der Kern wiederum wird
durch das Einspritzen von Kernsand, das heißt, eines Agglomerats aus Sand
und Harzen, in einen Kernkasten hergestellt.
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Der
Kernkasten besteht aus zwei Halbschalen, die wenn sie miteinander
verbunden werden, in ihrem Inneren einen Hohlraum definieren, der
unter anderem die innere Struktur der Scheibe und insbesondere des
Zwischenraums zwischen den zwei Platten reproduziert.
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Die
zwei Halbschalen weisen folglich hervorstehende Elemente zum Definieren
der Hohlräume
in dem Kern auf, die beim Gießen
der Scheibe die säulenförmigen Elemente
bilden, welche die zwei Platten verbinden.
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Während der
Herstellung des Kerns wird der Kernsand in die zwei verbundenen
Halbschalen eingespritzt, indem man ihn von dem am weitesten innen
liegenden Durchmesser zum am weitesten außen liegenden Durchmesser fließen lässt. Wenn
der Sand durch den Hohlraum zu fließen beginnt, der den Zwischenraum
zwischen den zwei Platten definieren wird, so verursachen folglich
die hervorstehende Elemente und insbesondere die innere Reihe eine
Behinderung für
den Sandfluss.
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Der
Kernformungsprozess ist darum wegen der oben angesprochenen Behinderungen
kritisch. Genauer gesagt, hat der Sand, der sich in der Nähe der säulenartigen
Elemente der äußersten
Reihe und insbesondere in der Region, die relativ zur Scheibe nach
außen
weist, befindet, nicht die nötige
Verdichtung, um dem Gießen
des schmelzflüssigen
Metalls zu widerstehen. Während
des Gießens
kann der Fluss des schmelzflüssigen
Metalls sogar die schwächer
verdichteten Regionen des Kerns unterwandern und an deren Stelle
treten, wodurch unerwünschte Vorsprünge entstehen,
welche die weiteren Verarbeitungsschritte und die Funktion der Scheibe
beeinträchtigen.
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Die
Vorsprünge
können
Behinderungen im nachfolgenden ersten Verarbeitungsschritt verursachen,
in dem die Scheibe ergriffen und durch Halteelemente positioniert
wird, die in den Zwischenraum zwischen den Platten eingeführt werden.
Außerdem können die
Vorsprünge
zum Beispiel zu einer Massenunwucht in der Scheibe führen, so
dass während des
Auswuchtvorgangs am Ende des Bearbeitungszyklus' eine größere Materialmenge abgetragen
werden muss. Schließlich,
wenn sich die Scheibe im Gebrauch befindet, kann das Vorhandensein
dieser Vorsprünge
den Luftstrom durch die Belüftungskanäle hindurch
behindern, was zu Verwirbelungen der Strömung mit einem daraus resultierenden
Verlust an Kühleffizienz
führt.
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Aus
dem oben Dargelegten geht hervor, dass, um die oben beschriebenen
Nachteile zu vermeiden, auf diesem technischen Gebiet ein besonderer
Bedarf besteht, den richtigen Verdichtungsgrad in jedem Abschnitt
des Kerns zu erreichen, der anschließend während des Gießens einer
Scheibenbremsscheibe verwendet wird.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Entwickeln und Bereitstellen
eines Bremsbandes, einer belüfteten
Scheibenbremsscheibe und eines Kernkastens für die Produktion eines Kerns
für eine
Scheibenbremsscheibe, welche die oben angesprochenen Anforderungen
erfüllen
und gleichzeitig die Probleme verhindern, die mit Bezug auf den Stand
der Technik erwähnt
wurden.
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Diese
Aufgabe wird erreicht durch ein Bremsband für eine Scheibenbremsscheibe
gemäß Anspruch
1, durch eine belüftete
Scheibenbremsscheibe gemäß Anspruch
19 und durch einen Kernkasten für
die Produktion eines Kerns für
eine Scheibenbremsscheibe gemäß Anspruch
22.
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Weitere
Merkmale und die Vorteile des Bandes, der Scheibe und des Kernkastens
gemäß der Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung anhand eines nicht-einschränkenden Beispiels unter Bezug
auf die angehängten
Zeichnungen deutlich, in denen:
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1 ist
eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer Scheibenbremsscheibe
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine teilweise geschnittene Vorderansicht der Scheibe von 1.
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3 ist
ein Schnitt durch die Scheibe entlang der Linie III-III von 2.
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4 ist
ein Schnitt durch eine mögliche
Variante der Scheibe von 3.
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5 ist
ein diametraler Schnitt durch einen Kernkasten gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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6 zeigt
den Kernkasten von 5 in einem anderen Betriebszustand.
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7 ist
ein diametraler Schnitt durch einen Kern, der mit dem Kernkasten
der 5 und 6 hergestellt wurde.
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8 zeigt
in diametralem Schnitt eine Scheibenbremsscheibe in der Produktionsstufe
des Gießens.
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9 ist
eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Details
des Kernkastens.
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10 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Details von 9.
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11 ist
eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines zweiten
Details des Kernkastens.
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In
den oben angesprochenen Zeichnungen ist eine Scheibenbremsscheibe
gemäß der vorliegenden
Erfindung, genauer gesagt, eine sogenannte belüftete Scheibe zur Verwendung
in einer (nicht gezeigten) Scheibenbremse eines Fahrzeugs, wie zum Beispiel
eines Pkw, allgemein mit 10 bezeichnet. Die Scheibe 10 ist
im Wesentlichen kreisförmig
und erstreckt sich um eine Achse, die in den Zeichnungen mit Z-Z
bezeichnet ist.
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Die
Scheibe 10 umfasst eine Tragglocke 12 und ein
Bremsband 14 koaxial zu der Glocke 12.
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Das
Bremsband 14, das mit dem Sattel der Scheibenbremse zusammenwirken
soll, um die Bremskraft auf das Fahrzeug auszuüben, umfasst eine erste Platte 16 und
eine zweite Platte 18, die koaxial auf der Achse Z-Z angeordnet
sind. Die erste Platte 16 befindet sich auf derselben Seite
wie die Tragglocke 12, und die zweite Platte 18 befindet
sich auf der gegenüberliegenden
Seite.
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Die
zwei Platten sind einander zugewandt und sind so voneinander beabstandet,
dass ein Zwischenraum 20 gebildet wird, in dem sich ein
Luftstrom von der Achse Z-Z
in Richtung der Außenseite des
Bremsbandes 14 bewegt, während sich die Scheibe dreht.
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Die
zwei Platten haben einander zugewandte Oberflächen 22, von denen
sich säulenartige
Elemente 24, 26 und 28, gemeinhin auch
als Zapfen bekannt, in Querrichtung erstrecken.
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Die
säulenartigen
Elemente erstrecken sich so, dass sie die zwei Platten verbinden.
Genauer gesagt, ist die erste Platte durchgängig mit der Tragglocke 12 ausgebildet,
und die zweiten Platte 18 ist mit der ersten über die
säulenartigen
Elemente verbunden.
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Die
säulenartigen
Elemente sind gleichmäßig entlang
der einander zugewandten Oberflächen 22 der
Platten verteilt und sind, in der gezeigten Ausführungsform, in drei konzentrische
kreisförmige
Ringe oder Reihen unterteilt, die einer inneren Reihe, das heißt der Reihe,
die der Achse Z-Z am nächsten liegt,
einer Zwischenreihe und einer äußeren Reihe, das
heißt
der Reihe, die von der Achse Z-Z am weitesten entfernt liegt, entsprechen.
Zur Vereinfachung der Beschreibung sind die säulenartigen Elemente der inneren
Reihe mit 24 bezeichnet, die säulenartigen Elemente der Zwischenreihe
sind mit 26 bezeichnet, und schließlich sind die säulenartigen
Elemente der äußeren Reihe
mit 28 bezeichnet.
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Gemäß einer
Ausführungsform
umfassen die säulenartigen
Elemente mehr als eine Zwischenreihe (zwischen den säulenartigen
Elementen 26), zum Beispiel zwei Zwischenreihen, die zwischen
der inneren Reihe (den inneren säulenartigen
Elementen 24) und der äußeren Reihe
(den äußeren säulenartigen
Elementen 28) angeordnet sind.
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Die
säulenartigen
Elemente 24 der inneren Reihe bilden säulenartige Elemente, die in
der Nähe des
Randes des Bremsbandes 14 angeordnet sind, welcher der
Achse Z-Z zugewandt ist. Der Querschnitt jedes dieser säulenartigen
Elemente in einem Bereich im Wesentlichen parallel zur Richtung
des Luftstroms in dem Zwischenraum ist in Richtung der Achse Z-Z
verjüngt.
Genauer gesagt, haben die säulenartigen
Elemente einen Querschnitt, der sowohl in Richtung der Achse Z-Z
der Platten als auch in Richtung der Außenseite des Bremsbandes 14 verjüngt ist,
so dass ein im Wesentlichen rhombischer Querschnitt gebildet wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform
haben die säulenartigen
Elemente 24, 26, die in inneren Reihen des Bandes
angeordnet sind, das heißt
die innere Reihe und die wenigstens eine Zwischenreihe, rhombische
Querschnitte, wobei mit Querschnitt ein Schnitt gemeint ist, der
in einem Bereich im Wesentlichen parallel zur Richtung des Luftstroms
durch den Zwischenraum 20 hindurch gedacht ist, wie weiter unten
noch beschrieben wird.
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Der
rhombische Querschnitt ist ein Querschnitt, der vier wenigstens
teilweise flache Seiten hat. Ein säulenartiges Element mit einem
rhombischen Querschnitt ist ein Element, das eine Seitenfläche oder
-wand aufweist, die vier wenigstens teilweise flache Flächen umfasst,
die dafür
geeignet sind, einen Belüftungskanal
des Bremsbandes zu definieren, und dafür geeignet ist, den Luftstrom
von der Innenseite zur Außenseite
der Scheibe in der Weise zu leiten, die weiter unten noch näher beschrieben
wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform
haben die säulenartigen
Elemente 24, 26 verbundene flache Oberflächen, die
den rhombischen Querschnitt definieren.
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Genauer
gesagt, haben gemäß einer
Ausführungsform
die säulenartigen
Elemente 24, 26 der inneren und der Zwischenreihe
in einer radialen Richtung Enden mit Verbindungsradien R1, die von
1,5 mm bis 2,5 mm variabel sind und vorzugsweise 2 mm betragen.
Die säulenartigen
Elemente 28 der äußeren Reihe
haben in einer radialen Richtung ein erstes Ende mit einem Verbindungsradius
R1, der von 1,5 mm bis 2,5 mm variabel ist und vorzugsweise 2 mm beträgt, und
ein zweites Ende, vorzugsweise das äußere Ende, mit einem Verbindungsradius
R4, der von 4 mm bis 5 mm variabel ist und vorzugsweise 4,5 mm beträgt. Die
säulenartigen
Elemente 24 der inneren Reihe haben in einer Richtung quer
zur Strömungsrichtung
Verbindungsradien R2, die von 3 mm bis 3,5 mm variabel sind, zwischen
den flachen Oberflächen.
Die säulenartigen
Elemente 26 der wenigstens einen Zwischenreihe haben in
einer Richtung quer zur Strömungsrichtung
Verbindungsradien R3, die von 3,5 bis 4 mm variabel sind, zwischen
den flachen Oberflächen.
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Vorzugsweise
alle säulenartigen
Elemente 24, 26, 28 sind mit den Platten 16, 18 mit
Verbindungsradien R5 verbunden, die von 3 mm bis 4 mm variabel sind
und vorzugsweise 3,5 mm betragen (3 und 4).
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Vorteilhafterweise
sind die rhombischen Querschnitte der säulenartigen Elemente 24, 26,
die in inneren Reihen des Bandes 14 angeordnet sind, relativ
zu einer Achse quer zur Strömungsrichtung symmetrisch,
und jedes Element 24, 26, 28, das sich zum
Verbinden zwischen den Platten 16, 18 eignet, erstreckt
sich von einer Platte zur anderen 16, 18, während es
innerhalb des Zwischenraums 20 bleibt. Oder anders ausgedrückt: Ausgehend
von einem mittigen Abschnitt maximaler tangentialer Ausdehnung oder
größter Abmessung
ist ein säulenartiges Element
der inneren Reihen des Bandes (der inneren Reihe oder der Reihe,
die der Achse Z-Z am nächsten
liegt, und der wenigstens einen Zwischenreihe) in Richtung der Innenseite
und in Richtung der Außenseite
der Scheibe mit Abschnitten gleichen Ausmaßes verjüngt, die vorteilhafterweise
zusammen Paare paralleler Flächen
bilden, die so angeordnet sind, dass sie Luft in einer kontrollierten
Weise durch die Kanäle
leiten, die in dem Zwischenraum definiert sind.
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Des
Weiteren ragt kein Element, das dem Verbinden der Platten dient,
aus dem Zwischenraum 20 heraus, wodurch die Bildung von
Elementen zum Umlenken des Luftstroms vermieden wird, die aus dem
Zwischenraum zur Außenseite
der Platten herausragen. Oder anders ausgedrückt: Die innere Öffnung und
die äußere Öffnung des
Zwischenraums 20 sind frei von Behinderungen der freien
Zirkulation des Luftstroms.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, wenn die radialen Enden der Querschnitte
benachbarter Reihen im Wesentlichen auf demselben Kreis ausgerichtet
sind (2). Oder anders ausgedrückt: Zwischen benachbarten
Reihen, zum Beispiel der inneren Reihe und der Zwischenreihe oder
der Zwischenreihe und der äußeren Reihe,
gibt es keine Überlappung
in einer tangentialen Richtung zwischen den säulenartigen Elementen 24 und 26 oder 26 und 28 (kein
Kreis, der konzentrisch zur Achse Z-Z der Platten 16, 18 verläuft und
sich durch säulenartige
Elemente einer Reihe erstreckt, verläuft durch säulenartige Elemente einer anderen
Reihe).
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Vorteilhafterweise
hat jedes der säulenartigen
Elemente 24, 26, 28 jeder Reihe im Wesentlichen
das gleiche radiale Ausmaß D
in dem Querschnitt. Oder anders ausgedrückt: Die Verbindungselemente
der Platten sind Verbindungsbereiche für die Platten und somit auch
Versteifungsbereiche, die gleichmäßig über den Erstreckungsbereich
der Platten als Ganzes verteilt sind.
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Vorteilhafterweise
verbinden die säulenartigen
Elemente 24, 26, 28 die Platten 16, 18 über einen
Bereich von maximal 15 %–25
%, vorzugsweise 20 %, der gesamten einander zugewandten Oberfläche jeder
Platte. Oder anders ausgedrückt:
Die einander zugewandten Platten, die eine innere seitliche Gesamtoberfläche haben
(im Wesentlichen gleich einer äußeren Oberfläche, die
dafür geeignet
ist, mit Bremsklötzen
eines Bremssystems oder einer Bremsfläche zusammenzuwirken), sind
mit den Verbindungselementen über
eine Bereich bedeckt, der von 15 % bis 25 % variabel ist und vorzugsweise
20 % der Gesamtfläche
der einander zugewandten Oberflächen
beträgt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
sind die zwei Platten 16, 18 durch säulenartige
Elemente 24, 28 verbunden, die entlang wenigstens
einer inneren Reihe und einer äußeren Reihe
angeordnet sind, die konzentrisch zueinander verlaufen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
sind eine oder zwei weitere Zwischenreihen säulenartiger Elemente 26 angeordnet.
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Vorzugsweise
sind die säulenartigen
Elemente 26 der wenigstens einen Zwischenreihe relativ zu
denen 24, 28 der inneren und der äußeren Reihe versetzt.
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Des
Weiteren sind vorteilhafterweise die säulenartigen Elemente 24, 26, 28 zwischen
den zwei Platten 16, 18 in einer Quincunxanordnung
verteilt.
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Die
Abmessungen der säulenartigen
Elemente können
je nach dem Fahrzeug, für
das die Scheibe vorgesehen ist, variieren.
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Zum
Beispiel hat die Abmessung in der Umfangsrichtung, das heißt die kürzere Diagonale
d des Rhombus',
einen Wert, der je nach Fahrzeugart variabel ist, zum Beispiel 6
mm für
einen Pkw oder 10–12 mm
für ein
Nutzfahrzeug, während
die Abmessung in einer radialen Richtung, das heißt die längere Diagonale
D, einen Wert hat, der sich nach der Breite h des Bremsbandes richtet,
das heißt,
dem Unterschied zwischen dem äußeren Radius
und dem inneren Radius des Bremsbandes. Die Seiten des rhombischen Querschnitts
sind miteinander verbunden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
haben die säulenartigen
Elemente 24 der inneren Reihe in einem Bereich im Wesentlichen
parallel zur Richtung des Luftstroms durch den Zwischenraum 20 hindurch eine
Diagonale des rhombischen Querschnitts quer zur Strömungsrichtung
mit Abmessungen zwischen 6 mm und 7 mm.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
haben die säulenartigen
Elemente 26 der wenigstens einen Zwischenreihe in einem
Bereich im Wesentlichen parallel zur Richtung des Luftstroms durch
den Zwischenraum 20 hindurch eine Diagonale des rhombischen
Querschnitts quer zur Strömungsrichtung
mit Abmessungen zwischen 7 mm und 8 mm.
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Dieser
Querschnitt ist beispielhaft in 2 gezeigt,
die eine Vorderansicht der Scheibe und des Bremsbandes ist, in der
die zweite Platte 18 teilweise geschnitten wurde, um die
Formen der säulenartigen Elemente
der wenigstens drei Reihen zu zeigen. Dieser Querschnitt entspricht
daher dem oben angesprochenen Bereich im Wesentlichen parallel zur Richtung
des Luftstroms durch den Zwischenraum hindurch und kann einer Ebene
quer zur Achse Z-Z der Scheibe oder einem bogenförmigen Bereich entsprechen,
und zwar je nach den Formen, die den zwei Platten und dem Zwischenraum
verliehen wurden.
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Der
Querschnitt jedes der säulenartigen
Elemente 28 der äußeren Reihe
in einem Bereich im Wesentlichen parallel zur Richtung des Luftstroms durch
den Zwischenraum hindurch ist tropfenförmig. Genauer gesagt, ist dieser
Querschnitt in Richtung der Achse Z-Z der Platten verjüngt und
hat einen äußeren Verbindungsabschnitt,
zum Beispiel mit einem Radius von 5 mm.
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Des
Weiteren ist der Querschnitt jedes der säulenartigen Elemente 26 der
Zwischenreihe in einem Bereich im Wesentlichen parallel zur Richtung des
Luftstroms durch den Zwischenraum hindurch sowohl in Richtung der
Achse Z-Z der Platten
als auch in Richtung der Außenseite
des Bremsbandes verjüngt.
Die säulenförmigen Elemente
der Zwischenreihe haben somit auch einen im Wesentlichen rhombischen
Querschnitt ähnlich
dem der säulenartigen
Elemente der inneren Reihe.
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Es
folgen einige mögliche
Definitionen des Bereichs im Wesentlichen parallel zur Richtung
des Luftstroms durch den Zwischenraum hindurch.
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Die
Ausführungsform
von 3 hat eine Scheibe, wobei die zwei Platten, die
das Bremsband bilden, im Wesentlichen parallel zu Ebenen senkrecht
zur Achse Z-Z verlaufen und der Zwischenraum 20 sich entsprechend
in einem Ring koaxial zur Achse Z-Z erstreckt. Die Verbindung zwischen
der ersten Platte 16 und der Glocke 12 wird zwischen
Wänden gebildet,
die im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen, obgleich sie
in geeigneter Weise miteinander verbunden sind. In dieser Konfiguration
erstrecken sich die einander zugewandten Oberflächen 22 der zwei Platten
in zwei Ebenen, von denen die säulenartigen
Elemente 24–28 senkrecht
hervorragen. Gemäß dieser
Ausführungsform
tritt der Luftstrom in den Zwischenraum 20 in der Nähe der Region
ein, die der Achse Z-Z am nächsten
liegt, und passiert ihn in Richtung der Außenseite des Bremsbandes. Infolge
dessen könnte
ein Bereich im Wesentlichen parallel zur Richtung des Luftstroms
durch den Zwischenraum 20 hindurch durch die Medianebene
des Zwischenraums gebildet werden, die in 3 durch
eine Linie 30 gekennzeichnet ist.
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Das
Beispiel von 4 zeigt eine weitere Ausführungsform
der Scheibe, wobei relativ zur Achse Z-Z ein äußerer Abschnitt der ersten
Platte 16 im Wesentlichen parallel zu Ebenen senkrecht
zur Achse Z-Z verläuft,
während
ein innerer Abschnitt der ersten Platte 16 abweicht und
sich in Richtung der zweiten Platte 18 krümmt. Der
Zwischenraum 20 erstreckt sich entsprechend in einem Ring
koaxial zur Achse Z-Z wenigstens in dem äußeren Abschnitt des Bandes,
während
in der Region der Abweichung der ersten Platte 16 der Zwischenraum
von der Glocke weg abweicht. Genauer gesagt, wird die Verbindung zwischen
der ersten Platte 16 und der Glocke zwischen Wänden gebildet,
die im Wesentlichen zueinander geneigt sind und in geeigneter Weise
verbunden sind. In dieser Konfiguration erstreckt sich die Oberfläche 22 der
zweiten Platte 18 in einer Ebene senkrecht zur Achse Z-Z,
während
die Oberfläche 22 der
ersten Platte eine gekrümmte
Form hat. Die drei Reihen säulenartiger
Elemente sind über
den gesamten Erstreckungsbereich des Bremsbandes verteilt. Genauer
gesagt, folgt die am weitesten innen liegende Reihe, die durch die
säulenartigen
Elemente 24 bezeichnet ist, dank ihrer Form ebenfalls der Form
des bogenförmigen
Abschnitts der Zwischenraums, der in Richtung der Innenseite des
Bremsbandes verjüngt
ist. In einer Ausführungsform
dieses Typs tritt der Luftstrom in den Zwischenraum in der Nähe der Region
ein, die der Achse Z-Z am nächsten liegt,
die der Vorderseite der Scheibe nahezu zugewandt angeordnet ist,
und passiert den Zwischenraum in Richtung der Außenseite des Bandes. Infolge dessen
könnte
ein Bereich im Wesentlichen parallel zur Richtung des Luftstroms
durch den Zwischenraum hindurch gebildet werden, zum Beispiel durch den
mittigen Bereich des Zwischenraums, der in 4 durch
eine Linie 32 ist bezeichnet.
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In
der gezeigten Ausführungsform
sind mit Bezug zum Beispiel auf 2 die säulenförmigen Elemente
der Zwischenreihe relativ zu denen der inneren Reihe und der äußeren Reihe
versetzt. Genauer gesagt, sind die säulenartigen Elemente 24, 26 und 28 zwischen
den zwei Platten in einer Quincunxanordnung verteilt.
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Des
Weiteren sind, wie in den 1 bis 4 gezeigt,
die Glocke 12 und das Bremsband 14 als ein einzelnes
Element ausgebildet, das durch Gießen hergestellt wird, wobei
sich das Bremsband durchgängig
von der Tragglocke erstreckt.
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Der
Verbindungsabschnitt zwischen der Glocke und dem Bremsband kann
verschiedene Konfigurationen haben, von denen zwei zum Beispiel
in den 3 und 4 gezeigt sind, wie oben beschrieben.
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Wie
aus der obigen Beschreibung zu erkennen ist, ist es dank der Bereitstellung
eines Bremsbandes, das mit Platten versehen ist, die durch säulenartige
Verbindungselemente verbunden sind, die vollständig innerhalb des Zwischenraums
angeordnet sind und im Fall der säulenartigen Elemente der inneren
Reihen von symmetrischer rhombischer Form sind, möglich, die
Nachteile der Scheiben des Standes der Technik zu überwinden,
und insbesondere wurde eine bemerkenswerte Verbesserung des Luftstromes
durch die Belüftungskanäle des Zwischenraums
hindurch festgestellt worden.
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Des
Weiteren ist es, wie aus der obigen Beschreibung zu erkennen ist,
dank der Bereitstellung eines Bremsbandes mit Platten, die durch
säulenartige
Verbindungselemente verbunden sind, die in benachbarten Reihen angeordnet
sind, wobei die radialen Enden der Querschnitte im Wesentlichen
auf denselben Kreis ausgerichtet sind und wobei jedes der säulenartigen
Elemente 24, 26, 28 jeder Reihe im Wesentlichen
die gleiche radiale Ausdehnung in dem Querschnitt hat, möglich, die
Nachteile der Scheiben des Standes der Technik zu überwinden,
und insbesondere ist eine bemerkenswerte Verbesserung der Widerstandsfähigkeit
des Bremsbandes zum Beispiel gegen die hohen Belastungen, die durch
erhebliche Wärmegradienten
verursacht werden, sowie ein geringes Auftreten von Teilen oder
Reißen
in den Platten festgestellt worden, selbst wenn sie durch starke
und wiederholte Bremsvorgänge
belastet werden.
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Ein
Vergleich von Tests zum Verhalten des Luftstroms in einem Belüftungskanal
in dem Zwischenraum zwischen zwei Platten einer Scheibe mit einer
geometrischen Anordnung gemäß dem Stand der
Technik und einer Scheibe mit einer geometrischen Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung demonstriert die bemerkenswerte Verbesserung der Belüftung, die
durch die geometrische Anordnung der im vorliegenden Text vorgeschlagenen
Lösung erreicht
wird. Insbesondere ist es möglich,
das Vektorfeld der Geschwindigkeit des Luftstroms zu beurteilen,
der einen Abschnitt eines Zwischenraums einer bekannten Scheibe
und der Scheibe mit der geometrischen Anordnung, die der im vorliegenden
Text vorgeschlagenen Lösung
entstammt, passiert, wobei dieses Feld entlang des Umfangs im gesamten
Zwischenraum wiederholt wird. Der Vergleichstest zwischen der bekannten
geometrischen Anordnung und der Anordnung der im vorliegenden Text
vorgeschlagenen Lösung
wurde mit Hilfe eines computergestützten Strömungsdynamikprogramms ausgeführt, wobei
als Bedingungen eine Drehzahl der Scheibe von 1500 U/min (Umdrehungen/Minute),
ein Umgebungsdruck am Eingang und am Ausgang des Zwischenraums und
eine Temperatur von 20°C
eingestellt wurden. Mittels dieses Tests war es möglich, die Vektorfelder
zu vergleichen und den Schluss zu ziehen, dass der Luftstrom bei
der im vorliegenden Text vorgeschlagenen Lösung sowohl am Eingang in den Zwischenraum
als auch am Ausgang aus dem Zwischenraum gleichmäßiger war und viel besser um
die säulenartigen
Elemente herum strömte,
oder anders ausgedrückt:
weniger durch das Auftreffen auf die säulenartigen Elemente abgelenkt
wurde. Anhand eines quantitativen Vergleichs wurde festgestellt,
dass die maximale Geschwindigkeit, die von der Luft bei der im vorliegenden
Text vorgeschlagenen Lösung erreicht
wird, geringfügig
geringer war als im Vergleich zur maximalen Geschwindigkeit der
bekannten Lösung,
jedoch zugunsten einer deutlich größeren Mindestgeschwindigkeit
der Luft, was in der Folge zu einer Verbesserung oder Erhöhung der
Volumenströmung
(in Litern/Sekunde Luft) von mehr als 5 % im Vergleich zur Strömungsrate
der bekannten Scheibe führt.
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Weitere
Vorteile der vorgeschlagenen Lösung
sind:
- – Die
vorgeschlagene Querausdehnung der Elemente der inneren und der Zwischenreihen
(die inneren Reihen des Bandes) ermöglicht eine verbesserte Kontrolle
des Luftstroms in dem Zwischenraum.
- – Das
Fehlen einer Überlappung
oder eines Zwischenraums zwischen den benachbarten Reihen macht
die lokale Steifigkeit der gesamten Scheibe homogen, wodurch der
Nachteil vermieden wird, der im Fall einer Überlappung (mag sie auch klein sein)
der Verbindungselemente benachbarter Reihen besteht, oder anders
ausgedrückt:
wodurch kreisförmige
Abschnitte vermieden werden, die zweimal so viele Verbindungselemente
aufweisen wie andere Abschnitte, wodurch Regionen des Bandes mit
nicht-homogener Steifigkeit vermieden werden.
- – Die
Bereitstellung von Verbindungselementen mit symmetrischen rhombischen
Querschnitten gestattet eine Verbesserung der Belüftungseffizienz
und insbesondere eine Verstärkung
des Luftstroms, der je Zeiteinheit den Zwischenraum passiert.
- – Dank
der vorgeschlagenen Verbindungsradien zwischen den flachen Oberflächen der
Verbindungselemente wird ein bemerkenswerter Kompromiss zwischen
der Ausbildung scharfer Ecken und übermäßig gerundeter Elemente erreicht, was
in beiden Fällen
den kontrollierten Transport der Luft beeinträchtigen würde. Insbesondere vermeidet
der vorgeschlagene Radius, der die säulenartigen Elemente und die Platten
verbindet, Winkel, die schwierig zu erreichen sind, und einen Querschnitt,
der für
den gewünschten
Luftstrom nicht zweckmäßig ist.
- – Dank
des vorgeschlagenen Prozentsatzes der einander zugewandten Gesamtoberflächen der Platten,
der mit den Verbindungselementen bedeckt ist, ist es möglich, eine
bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit
gegen Reißen
der Bremsflächen
zu erreichen, was eine kontrollierte Widerstandsfähigkeit
gegen Wärmeausdehnung
der Platten ermöglicht,
die durch den Bremsvorgang belastet werden; und
- – ein
geringes Gewicht der Scheibe.
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Die
Hauptschritte der Produktion der Scheibe gemäß der vorliegenden Erfindung
durch Gießen sind
in den 5 bis 8 veranschaulicht. 5 und 6 zeigen
einen Kernkasten 34, der eine Halbschale 36, die
oben angeordnet wird, und eine Halbschale 38, die unten
angeordnet wird, umfasst. In 5 sind die
zwei Halbschalen getrennt, während
sie in 6 miteinander verbunden sind und ein Hohlraum 40 in
ihrem Inneren definiert wird.
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Die
obere Halbschale 36 hat eine im Wesentlichen kreisförmige Struktur,
die sich um eine Achse X-X herum erstreckt. In einer mittigen Position,
konzentrisch zur Achse X-X, ist ein Kanal 42 für den Kernsand
angeordnet, der durch Einnehmen des Hohlraums 40 einen
Kern 44 ergibt, wie er zum Beispiel in 7 gezeigt
ist.
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Wenigstens
ein Abschnitt einer Innenfläche 37 der
oben angesprochenen Halbschale folgt im Wesentlichen der Form der
Innenfläche
der ersten Platte 16 und der Glocke 12. Insbesondere
ist zu sehen, dass das Profil in diesem Fall von dem in 4 gezeigten
Typ ist, das heißt,
ein Profil, bei dem die erste Platte 16 einen flachen Abschnitt
und einen bogenförmigen
Abschnitt aufweist, der in der Nähe
der Glocke angeordnet ist.
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Die
untere Halbschale 38 hat ebenfalls eine im Wesentlichen
kreisförmige
Struktur, die sich um die Achse X-X herum erstreckt. In einer mittigen
Position, konzentrisch zur Achse X-X, ist ein zylindrischer Vorsprung 46 angeordnet,
der dem Kanal 42 der oberen Halbschale 36 zugewandt
ist.
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Auch
in der unteren Halbschale 38 folgt wenigstens ein Abschnitt
einer Innenfläche 38 im
Wesentlichen der Form eines Abschnitts der Scheibe und insbesondere
der Innenfläche
der zweiten Platte 18.
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Wenn
die zwei Halbschalen miteinander verbunden sind, wie in 6 gezeigt,
so hat der periphere Abschnitt des Hohlraums 40 die Struktur
eines Rings 48, der eine größere Tiefe hat als die Tiefe
des benachbarten Abschnitts des Hohlraums und einen Kernabschnitt 50 erzeugt,
der sich peripher relativ zum Kern erstreckt.
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Wie
in 6 dargestellt, ist eine Region des Hohlraums 40,
die in den nachfolgenden Schritten des Prozesses den Zwischenraum
in dem Bremsband erzeugt, das heißt, die Region, die im Wesentlichen
zwischen dem kreisförmigen
Ring 48 und dem Vorsprung 46 angeordnet ist, mit 51 bezeichnet.
Hervorstehende Elemente 52, 54 und 56,
deren Form und Verteilung von der Form und der Verteilung der säulenartigen
Elemente 24–28 der
Scheibe abhängt, erstrecken
sich durch diese Region.
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Genauer
gesagt, sind die hervorstehenden Elemente 52 so ausgebildet,
dass sie in dem Kern 44 entsprechende Hohlräume bilden,
die ihrerseits die säulenartigen
Elemente 24 der inneren Reihe der Scheibe 10 erzeugen
können.
Gleichermaßen
sind die hervorstehenden Elemente 54 so ausgebildet, dass
sie in dem Kern 44 entsprechende Hohlräume bilden, die ihrerseits
die säulenartigen
Elemente 26 der Zwischenreihe erzeugen können; und
schließlich sind
die hervorstehenden Elemente 56 so ausgebildet, dass sie
in dem Kern 44 entsprechende Hohlräume bilden, die ihrerseits
die säulenartigen
Elemente 28 der äußeren Reihe
erzeugen können.
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Folglich
haben – in
einem Bereich parallel zur Fließrichtung
des Sandes durch den Hohlraum 40 hindurch – die hervorstehenden
Elemente 52–56 Querschnitte ähnlich den
Querschnitten der jeweiligen säulenförmigen Elemente 24–28.
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Wie
in den 5, 6, 10 und 11 gezeigt,
erstrecken sich die hervorstehenden Elemente 54 und 56 durch
einen Abschnitt der Tiefe des Hohlraums 40 zwischen den
zwei Halbschalen, der ungefähr
gleich der Hälfte
dieser Tiefe ist. Genauer gesagt, haben die hervorstehenden Elemente 54 und 56 einer
Halbschale eine Oberfläche 58 zum
Kontakt mit den jeweiligen hervorstehenden Elemente 54 und 56 der
anderen Halbschale.
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Aus
den 5, 6, 10 und 11 ist ebenfalls
zu erkennen, dass die hervorstehenden Elemente 52, die
der inneren Reihe säulenartiger Elemente 24 entsprechen,
nur einer der zwei Halbschalen zugeordnet sind, das heißt, in der
betreffenden Ausführungsform
der oberen Halbschale 36, und sich durch die gesamte Tiefe
des Hohlraums 40 zwischen den zwei Halbschalen erstrecken
und die Innenfläche 39 der
unteren Halbschale 38 direkt berühren. Insbesondere ist aus 10 ersichtlich,
dass die Höhe
der hervorstehenden Elemente 52 größer ist als die der hervorstehenden
Elemente 54 und 56, was genauer gesagt ungefähr die Hälfte der
Höhe der
hervorstehenden Elemente 52 ist.
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Diese
Konfiguration gestattet es, die zwei Halbschalen 36 und 38 entlang
der Achse X-X zu öffnen,
um den Kern 44 aus der Form zu nehmen, selbst wenn der
Verbindungsabschnitt zwischen dem Bremsband 14 und der
Glocke 12 bogenförmig
ist, wie zum Beispiel in 4 gezeigt. Genauer gesagt, wird
die Konfiguration der Scheibe 10 in ähnlicher Weise an den Innenflächen 37 und 39 des
Kernkastens 34 reproduziert, und das Vorhandensein hervorstehender
Elemente 52 integral mit der oberen Halbschale 36 vermeidet
das Entstehen von Unterwanderungen.
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Das
Verfahren für
die Herstellung einer Scheibe gemäß der obigen Beschreibung und
folglich die verschiedenen Möglichkeiten,
wie ein Kernkasten und ein Kern gemäß der obigen Beschreibung verwendet
werden, werden im Folgenden beschrieben.
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5 zeigt
die zwei Halbschalen auf der Stufe, auf der sie entlang der Achse
X-X zusammengefügt
werden. Wenn die zwei Halbschalen miteinander verbunden sind, wie
in 6 gezeigt, so wird Kernsand in den Hohlraum 40,
der durch die zwei Halbschalen definiert wird, durch den Kanal 42 eingeleitet.
Der Kernsand ist ein Agglomerat aus Sand und Harzen, die infolge
der Erwärmung
der Wände
des Kernkastens polymerisieren.
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Die
konkrete Form der hervorstehenden Elemente 52, deren Form
sich nach der Form der säulenartigen
Elemente 24 richtet, begünstigt den Sandfluss in den
Kernkasten und gewährleistet,
dass der Verdichtungsgrad, der für
den anschließenden
Erfolg des Gießens
notwendig ist, selbst in den Randregionen des Bremsbandes erreicht
wird.
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Der
Sand behält
eine hohe Geschwindigkeit bis zum Rand des Kerns bei, und dies wird
positiv durch die Verjüngung
der hervorstehenden Elemente 52 (die den säulenartigen
Elementen 24 entsprechen) beeinflusst, die Verwirbelungen
im Sandfluss begrenzen.
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Wenn
der Sand verdichtet wurde, werden die zwei Halbschalen in den Richtungen
abgenommen, die durch die Achse X-X definiert werden, und der Kern 44 wird
aus der Form herausgenommen und hat die Gestalt, die in 7 gezeigt
ist.
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Der
Kern 44 wird dann in eine Form eingesetzt, die aus Sand
geformt ist, um die Scheibe 10 zu gießen.
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Aus
dem oben Dargelegten ist zu erkennen, dass es besonders vorteilhaft
ist, dass die säulenförmigen Elemente 24,
die in der Nähe
des Randes des Bremsbandes, welcher der Achse Z-Z zugewandt ist, angeordnet
sind, einen Querschnitt aufweisen, der in Richtung der Achse Z-Z verjüngt ist
und genauer gesagt in beiden Richtungen verjüngt ist, so dass ein rhombischer
Querschnitt in einem Bereich im Wesentlichen parallel zur Richtung
des Luftstroms durch den Zwischenraum hindurch gebildet wird.
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Eine
Konfiguration dieses Typs ist genau genommen in einer ähnlichen
Konfiguration der hervorstehenden Elemente 52 und somit
in einem optimalen Verdichtungsgrad des Kerns, der zum Gießen der Scheibe
verwendet wird, widergespiegelt.
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Die
Tatsache, dass es möglich
ist, einen Kern mit optimalen Verdichtungseigenschaften zu verwenden,
beeinflusst folglich die Qualität
der hergestellten Scheibe und verringert die Nachbearbeitung. Insbesondere
sind die Massen der Scheibe gleichmäßig verteilt, und der Schritt
des Auswuchtens der Massen der Scheibe ist weniger aufwändig, insbesondere
im Hinblick auf die Menge der abgetragenen Masse.
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Des
Weiteren gestattet die vorteilhafte Konfiguration des Kernkastens
und folglich des Kerns die Herstellung einer Scheibe, die im gesamten
Zwischenraum 20 im Wesentlichen frei von Unregelmäßigkeiten
oder Blockierungen ist, die den Luftstrom darin negativ beeinflussen
würden.
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Das
Vorhandensein einer inneren Reihe säulenartiger Elemente 24 wie
jener, die oben beschrieben wurden, ermöglicht es, das Vorhandensein
der säulenartigen
Elemente auch auf die Nähe
der Glocke auszudehnen, insbesondere in Ausführungsformen, die eine Abweichung
der ersten Platte 16 und des Zwischenraums 20 vorsehen,
wie zum Beispiel in 4 gezeigt.
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Unter
diesen Bedingungen ermöglicht
das Vorhandensein der hervorstehenden Elemente 52 das problemlose
Herausnehmen des Kerns aus dem Kernkasten durch Vermeiden von Unterwanderungen.
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Des
Weiteren ist die oben beschriebene Anordnung besonders vorteilhaft
zum Beispiel für Scheiben,
bei denen die Glocke und das Band ein einzelnes Element definieren.
In diesem Fall kann aufgrund der Form, welche die Scheibe annehmen muss,
der Durchgang für
den Kernsand durch den Hohlraum hindurch aufgrund des Vorhandenseins
einer durchgängigen
Wand zwischen der Glocke und dem Bremsband besonders stark gewunden
sein. Die oben beschriebene Anordnung kann auch für Scheiben
vorteilhaft sein, bei denen das Bremsband mit der Glocke mittels
Verbindungselementen verbunden ist, die ein erstes Ende aufweisen,
das an dem Bremsband befestigt ist, und ein zweites Ende aufweisen,
das der Glocke gleitfähig
zugeordnet ist. In diesem Fall kann der Sandfluss entlang des Kernkastens
ebenfalls stark gewunden und Turbulenzen unterworfen sein, die den
Verdichtungsgrad des Kerns verringern würden, insbesondere in den Regionen,
die der Außenseite
des Bandes in der Region der äußeren Reihe
hervorstehender Elemente 56, die den säulenartigen Elementen 28 entsprechen, zugewandt
sind.
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Natürlich können Varianten
und/oder Ergänzungen
für die
oben beschriebenen und veranschaulichten Ausführungsformen vorgesehen werden.
Die Anordnung der säulenartigen
Elemente und der entsprechenden hervorstehenden Elemente kann variieren.
In diesem Fall gilt die vorteilhafte Konfiguration der säulenartigen
Elemente der inneren Reihe, wie oben beschrieben, für alle säulenartigen
Elemente, die in der Nähe
des Randes des Bremsbandes, welcher der Achse Z-Z zugewandt ist,
angeordnet sind. Diese säulenartigen
Elemente entsprechen den hervorstehenden Elementen, die durch den
Kernsandfluss während
der Herstellung des Kerns 44 als erste erreicht werden.
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Natürlich können die
Anzahl der säulenartigen
Elemente und die Form der Querschnitte der Elemente der äußeren Reihe
und der Zwischenreihe oder in jedem Fall der säulenartigen Elemente, die nicht
in der Nähe
des Randes des Bremsbandes, welcher der Achse Z-Z zugewandt ist,
angeordnet sind, variieren.
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Um
eventuellen oder konkreten Anforderungen gerecht zu werden, kann
ein Fachmann auf die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform
des Bremsbandes, der Scheibe und des Kernkastens viele Modifikationen,
Adaptionen und den Austausch von Elementen gegen andere funktional
gleichwertige Elemente anwenden, ohne dabei den Schutzbereich der
angehängten
Ansprüche
zu verlassen.