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Diese Erfindung bezieht sich auf
Scheibenbremsrotoren.
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Ein Scheibenbremsrotor ist angeordnet,
um mit einem Glied, wie einer Radnabe eines Fahrzeugs oder einem
rotierenden Teil einer Maschine zu rotieren. Ein derartiger Rotor
stellt zwei einander gegenüberliegende,
ringförmige
Friktionsoberflächen
zur Verfügung,
welche in der Betätigung
der Bremse mit zwei Blöcken
aus Reibungsmaterial bzw. Friktionsmaterial in Eingriff gelangen,
welche (üblicher-
weise durch hydraulische oder pneumatische Mittel) zueinander in
Kontakt mit den zwei Reibungsoberflächen bewegt werden, so daß die auftretenden
Reibungskräfte
die Rotation bzw. Drehbewegung des Rotors und somit dieses Glieds
verlangsamen.
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Um Temperaturanstiege in Scheibenbremsrotoren,
die durch die Reibungskräfte
verursacht werden, zu reduzieren, ist es üblich, einen Rotor so auszubilden,
daß er
einen ersten, im allgemeinen ringförmigen Reibungsbereich bzw.
Friktionsbereich, welcher eine der ringförmigen Reibungsoberflächen darstellt,
und einen zweiten allgemein ringförmigen Reibungsbereich umfaßt, welcher
die andere dieser ringförmigen
Reibungsoberflächen
zur Verfügung stellt.
Der erste und zweite Reibungsbereich sind üblicherweise von konstanter
Dicke, so daß sie
im wesentlichen eine gleiche thermische Kapazität an allen Punkten derselben
aufweisen. Die Reibungsbereiche sind in voneinander beabstandeter,
paralleler Beziehung angeordnet. Diese Reibungsbereiche sind durch
Flügel
bzw. Schaufeln verbunden, zwischen welchen sich Kühlleitungen
radial nach außen
von dem Rotor erstrecken. Die Kühlleitungen
sind so angeordnet, daß,
wenn der Rotor gedreht wird, Luft durch die Leitungen hindurchtritt
und wirkt, um die Reibungsbereiche zu kühlen.
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Lufteinlässe zu den Leitungen sind an
einer Innenkante bzw. einem Innenrand des ersten und zweiten Reibungsbereichs
vorgesehen und der Rotor funktioniert als ein Zentrifugalgebläse, das
Luft nach außen
zu den Auslässen
an den Außenkanten
bzw. -rändern
der Reibungsbereiche treibt.
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Die üblichste Art eines Scheibenbremsrotors,
die an Fahrzeugen verwendet wird, ist die sogenannte "HUT"-Art. Zusätzlich zu
dem ersten und zweiten Reibungsbereich, wie dies oben erwähnt wurde,
umfaßt
diese Art von Rotor einen ringförmigen
Festlegungs- bzw. Montagebereich, der angeordnet ist, um das Glied
zu ergreifen, mit welchem der Rotor sich dreht bzw. rotiert und
an welchem er festgelegt ist. Der Rotor umfaßt auch einen im allgemeinen
zylindrischen Verbindungsteil bzw. bereich, welcher sich axial erstreckt
und dem Festlegungsbereich an dem ersten Reibungsbereich festlegt.
Der erste Reibungsbereich ist so axial relativ zu dem Festlegungsbereich
verlagert bzw. verschoben und ist durch den Verbindungsbereich getragen
bzw. abgestützt.
Der zweite Reibungsbereich ist durch die Flügel getragen.
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Die meisten Rotoren der "HUT"-Art haben ihren
ersten Reibungsbereich näher
zu dem Festlegungsbereich als ihren zweiten Reibungsbereich. Dies
bedeutet, daß ein
freier Zugang für
die Kühlluft zwischen
die Innenkanten des ersten und zweiten Reibungsbereichs besteht.
Jedoch ist dieses Design Gegenstand des als "Konizität" bezeichneten Problems bekannt. Konizität tritt
auf, wenn die Reibungsbereiche heiß werden und sich ausdehnen,
während der
Verbindungsbereich, welcher nicht zu heiß ist, sich weniger ausdehnt.
Der Verbindungsbereich bzw. -abschnitt wird so in eine geringfügig konische
Form durch den ersten Reibungsbereich gezogen, wobei eine Expansion
des zweiten Reibungsbereichs diesen Effekt verstärkt. Daraus resultiert, daß sich die Reibungsbereiche
aus ihren ursprünglichen
Ebenen herausbiegen. Dieses Biegen bewirkt größere Drücke, die während einem Bremsen an einigen
Teilen der Reibungsbereiche auftreten, so daß noch mehr Hitze generiert
bzw. erzeugt wird. Diese Bereiche der Reibungsbereiche haben somit
größere Mengen
an Wärme
zu absorbieren als die anderen Bereiche derselben. Dies bewirkt
Temperaturunterschiede, welche die Leistungsfähigkeit der Bremse beeinflussen und
auch den Verschleiß des
Rotors und der Bremsbacken bzw. -beläge beein flussen. Derartige
Unterschiede können
auch in einem Springen des Rotors resultieren.
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Das Problem der Konizität ist in
den US-Patentbeschreibungen Nr. 3,378,114 und 4,651,851 beschrieben.
Die letztere derselben schlägt
die Lösung eines
Festlegens des ersten Reibungsbereichs an dem Verbindungsbereich
weiter entfernt von dem Festlegungsbereich als der Abstand zwischen
dem Festlegungsbereich und dem zweiten Reibungsbereich vor. Dieses
Design wirkt dem Problem der Konizität teilweise entgegen, da die
Expansion des zweiten Reibungsbereichs der Neigung, die durch die
Expansion des ersten Reibungsbereichs bewirkt wird, eher entgegenwirkt
als sie erhöht.
Weiters ist der Verbindungsbereich länger, so daß eine gegebene Expansion eine
geringere Neigung bewirkt. Dieses Design ist teilweise erfolgreich
beim Vergleichmäßigen des
Drucks über
die Reibungsoberflächen und
reduziert somit Temperaturunterschiede. Jedoch existieren diese
Unterschiede immer noch und zusätzlich
hat das Design den Nachteil, daß der
Verbindungsbereich den Lufteintritt zwischen die Reibungsbereiche
behindert.
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DE-A-3800502 offenbart einen Scheibenbremsrotor,
in welchem die Kühlleitungen
auf einer gemeinsamen, konischen Oberfläche liegen. Daraus resultiert,
daß jede
Leitung, welche sich in der Querschnittsfläche mit erhöhtem Radius erhöht, relativ
zu der Rotationsachse des Rotors geneigt ist. Der Neigungswinkel
kann auf jeder Seite einer radialen Ebene so vorliegen, daß in einigen
Designs der erste Reibungsbereich progressiv in der Dicke mit steigendem Radius
ansteigt, während
der zweite Reibungsbereich progressiv in der Dicke mit steigendem
Radius absinkt. So weist der erste Reibungsbereich seine größte Dicke
an einem größeren Radius
als der zweite Reibungsbereich auf.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, einen Scheibenbremsrotor zur Verfügung zu stellen, in welchem
Temperaturunterschiede reduziert sind.
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Die Erfindung stellt einen Scheibenbremsrotor
zur Verfügung,
der angeordnet ist, um mit einem Glied um eine Achse zu rotieren,
und der zwei gegenüberliegende,
ringförmige
Reibungsoberflächen
zur Verfügung
stellt, wobei der Rotor einen Montage- bzw. Festlegungsbereich,
der angeordnet ist, um das Glied zu ergreifen und an diesem festgelegt
zu werden, einen ersten Reibungsbereich, welcher eine der ringförmigen Oberflächen zur
Verfügung
stellt, und einen zweiten Reibungsbereich umfaßt, welcher die andere der
ringförmigen
Oberflächen
zur Verfügung stellt,
wobei der erste und zweite Reibungsbereich axial relativ zu dem
Festlegungsbereich verlagert sind und in parallel beabstandeter
Beziehung zueinander angeordnet sind, wobei der erste Reibungsbereich
durch einen Verbindungsbereich des Rotors getragen bzw. unterstützt ist,
welcher sich axial erstreckt und den Montagebereich mit dem ersten
Reibungsbereich verbindet, wobei der zweite Reibungsbereich über Flügel bzw.
Schaufeln unterstützt
ist, welche sich zwischen den Reibungsbereichen erstrecken und Kühlleitungen
definieren, die sich radial nach außen von dem Rotor erstrecken,
wobei die Leitungen bzw. Kanäle
so angeordnet sind, daß,
wenn der Rotor gedreht wird, Luft durch die Leitungen durchtritt
und wirkt, um den Rotor zu kühlen,
wobei der erste und der zweite Reibungsbereich in der Dicke in radialen
Richtungen variieren, wobei der erste Reibungsbereich seine größte Dicke
an einem größeren Radius
als dem Radius aufweist, an welchem der zweite Reibungsbereich seine
größte Dicke
besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des ersten und
des zweiten Reibungsbereichs so variiert, daß der querverlaufende Querschnittsbereich
von jeder Leitung progressiv zwischen einem Einlaß zu der Leitung
und einem Zwischenbereich davon abnimmt und zwischen dem Zwischenbereich
und einem Auslaß der
Leitung zunimmt.
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In einem Rotor gemäß der Erfindung
haben die Reibungsbereiche unterschiedliche bzw. variierende, thermische
Kapazität,
wobei die thermische Kapazität
größer ist,
wo die größeren Drücke zu erwarten
sind. Es ist möglich
zu berechnen, wo die größte thermische
Kapazität
erforderlich ist, und den Reibungsbereich so anzuordnen, daß er seine
größte Dicke
dort aufweist. Luft, die in jeder Leitung fließt bzw. strömt, wird zu ihrer Maximalgeschwindigkeit beschleunigt,
welche sie an dem Zwischenbereich erreicht und danach wird sie verlangsamt
bzw. gebremst. So tritt der maximale Kühleffekt in dem Bereich des
dicksten Querschnitts des zweiten Reibungsbereichs auf, welcher
jener ist, wo die höchste Rotortemperatur
auftritt. Die Leitung kann erachtet werden, daß sie ein Venturirohr mit seiner
Drossel in diesem Zwischenbereich ist. Die radiale und axiale Anordnung
des Venturirohrs in bezug auf die Reibungsoberflächen gemeinsam mit der Neigung
der Leitung kann verändert
werden, um individuellen Anordnungen angepaßt zu sein, um die lokale thermische
Kapazität
und Kühlung
zu optimieren. Die Erfindung ist auf Rotoren anwendbar, in welchen
der erste Reibungsbereich näher
zu dem Festlegungsbereich liegt als der zweite Reibungsbereich,
und auch auf Rotoren, in welchen der zweite Reibungsbereich näher zu dem
Festlegungsbereich liegt. Die Erfindung ist auch auf Rotoren anwendbar,
in welchen die Kühlleitungen
gekrümmt
statt gerade sind. WO 95/08727 beschreibt einen Rotor, in welchem
die Reibungsbereiche progressiv in der Dicke ansteigen, um ihre größte Dicke
an ihren Außenkanten
bzw. -rändern
zu erreichen. Diese Anordnung ist beabsichtigt, um Kühlleitungen
mit konstantem Querschnitt zur Verfügung zu stellen und paßt nicht
die Dicke an die gewünschte
thermische Kapazität
an. Die Erfindung ist auf Rotoren mit sich radial erstreckenden
Flügeln
und auf Rotoren mit nach vorwärts
oder rückwärts gekrümmten Flügeln anwendbar.
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Vorzugsweise weist in einem Rotor
gemäß der Erfindung
der erste Reibungsbereich seine größte Dicke an einem Radius auf,
welcher größer als
ein mittlerer Radius ist, welcher der Radius der Mittelpunkte der
Leitungen ist, und der zweite Reibungsbereich weist seine größte Dicke
an einem Radius auf, welcher kleiner als der mittlere Radius ist.
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Beispielsweise kann die kombinierte
Dicke des ersten und zweiten Reibungsbereichs im wesentlichen gleich über die
Länge der
Kühlleitungen sein.
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Es folgt nun eine detaillierte Beschreibung, die
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung zu lesen ist, eines
Scheibenbremsrotors, welcher die Erfindung erläutert bzw. illustriert.
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Die Zeichnung ist ein Querschnitt
durch den erläuternden
Rotor, wobei die oberen und unteren Bereiche der Zeichnung zwei
verschiedene Variationen in der Form der Reibungsbereiche des Rotors zeigen.
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Der illustrative Scheibenbremsrotor 10,
der in 1 gezeigt ist,
ist angeordnet, um mit einer Nabe (nicht gezeigt) um eine Achse 12 zu
rotieren. Der Rotor 10 umfaßt einen Montage- bzw. Festlegungsbereich 14,
welcher ringförmig
um die Achse 12 ist und eine flache, sich radial erstreckende
Seitenoberfläche 15 aufweist,
welche angeordnet ist, um die Nabe zu ergreifen. Der Festlegungsbereich 14 ist so
angeordnet, um an der Nabe für
eine Rotation damit durch Bolzen festgelegt zu sein, die durch Löcher 16 in
dem Festlegungsbereich 14 hindurchtreten. Diese Bolzen
sichern auch das Rad an der Nabe.
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Der Rotor 10 umfaßt auch
einen ersten Reibungsbereich 18 und einen zweiten Reibungsbereich 20.
Die Bereiche 18 und 20 stellen zwei einander gegenüberliegende,
ringförmige
Reibungsoberflächen 22 und 24 des
Rotors dar. Der Rotor 10 umfaßt auch einen Verbindungsbereich 26,
welcher den Festlegungsbereich 14 an den ersten Reibungsbereich 18 festlegt.
Der Verbindungsbereich 26 ist zylindrisch um die Achse 12.
Die Bereiche 14, 18, 20 und 26 sind einstückig, wobei
sie als ein Stück
aus Eisen gegossen sind (andere Metalle oder zusammengesetzte Materialien
sind statt Eisen möglich).
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Der erste Reibungsbereich 18,
welcher die ringförmige
Reibungsoberfläche 22 zur
Verfügung stellt,
und der zweite Reibungsbereich 20, welcher die ringförmige Reibungsoberfläche 24 zur
Verfügung
stellt, sind axial in bezug auf den Festlegungsbereich 14 verlagert
bzw. verschoben, wobei der erste Reibungsbereich 18 näher zu dem
Festlegungsbereich 14 ist als der zweite Reibungsbereich 20.
Die Bereiche 18 und 20 sind in voneinander beabstandeter,
paralleler Beziehung zu den Oberflächen 22 und 24,
die sich radial zur Achse 12 erstrecken, angeordnet. Der
erste Reibungsbereich 18 ist durch den Verbindungsbereich 26 unterstützt bzw.
getragen, welcher ihn mit dem Festlegungsbereich 14 verbindet. Der
zweite Reibungsbereich 20 ist durch Flügel 28 unterstützt, welche
sich zwischen den Reibungsbereichen 18 und 20 erstrecken.
Die Flügel 28 sind
einstückig
mit den Bereichen 18 und 20 gegossen und definieren
Kühlleitungen 29,
die sich radial nach außen
von dem Rotor 10 erstrecken.
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Die Flügel 28 verbinden eine
Oberfläche 30 des
ersten Reibungsbereichs 18, welcher an der zu der Oberfläche 22 gegenüberliegenden
Seite des Bereichs 18 liegt, mit einer Oberfläche 32 des
zweiten Reibungsbereichs 20, welcher an der zur Oberfläche 24 gegenüberliegenden
Seite des Bereichs 20 liegt. Die Leitungen 29 treten
zwischen den Oberflächen 30 und 32 und
zwischen den Flügeln 28 durch und
sind so angeordnet, daß,
wenn der Rotor 10 gedreht wird, Luft in die Leitungen 29 durch
Eintritte an ihren radial inneren Enden eintritt, wobei die Eintritte benachbart
zu den radial innenliegenden Kanten der Reibungsbereiche 18 und 20 sind.
Luft tritt durch die Leitungen 29 durch und tritt durch
die Austritte aus, welche benachbart zu den Außenkanten der Bereiche 18 und 20 sind.
Die Luft, die durch die Leitungen 29 hindurchtritt, wirkt,
um den Rotor 10 zu kühlen.
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Wie dies in 1 gesehen werden kann, variieren der
erste 18 und der zweite 20 Reibungsbereich in
der Dicke in radialen Richtungen, d. h. ihre Dicken variieren an
unterschiedlichen Radien, obwohl bei einem gegebenen Radius die
Dicke jedes Bereichs 18 und 20 konstant um die
Achse 12 ist. Sowohl in der Variation bzw. Abwandlung,
die in der unteren Hälfte
von 1 gezeigt ist, als
auch in der Variation, die in der oberen Hälfte derselben gezeigt ist, weist
der erste Reibungsbereich 18 seine größte Dicke an einem Radius auf,
welcher größer als
der Radius ist, an welchem der zweite Reibungsbereich 20 seine
größte Dicke
besitzt. Spezifisch weist der erste Reibungsbereich 18 seine
größte Dicke
an einem Radius auf, welcher größer als
ein mittlerer Radius 34 ist, welcher der Radius der Mittelpunkte
der Leitungen 29 ist. Der zweite Reibungsbereich 20 hat
seine größte Dicke
an einem Radius, welcher kleiner als dieser mittlere Radius 34 ist.
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In dem Rotor 10 variiert
die Dicke des ersten 18 und des zweiten 20 Reibungsbereichs,
so daß die Querschnittsfläche von
jeder Leitung 29 progressiv zwischen einem Einlaß in die
Leitung und einem Zwischenbereich derselben abnimmt und zwischen
dem Mittelbereich und einem Auslaß der Leitung ansteigt. So
liegt jede Leitung in Form eines Venturirohrs vor. In der in der
unteren Hälfte
von 1 dargestellten Variation
ist der Hals bzw. der Trichter des Venturirohrs zentral zwischen
den Reibungsoberflächen 22 und 24 positioniert.
In der oberen Hälfte
von 1 wurde das Venturirohr
jedoch zu der Reibungsoberfläche 22 des
ersten Rei bungsbereichs 18 versetzt. Dies stellt einen
Anstieg in der Dicke des zweiten Reibungsbereichs 20 zur
Verfügung,
um höhere Temperaturen
zu kompensieren, die möglicherweise an
der zweiten Reibungsoberfläche 20 auftreten,
da dieser Bereich nicht die Vergünstigung
besitzt, daß sie
an den Verbindungsbereich 26 angeschlossen ist (welcher
als eine Wärmesenke
für den
ersten Reibungsbereich 18 wirkt).
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Um diese Dickenänderung in den Bereichen 18 und 20 des
Rotors 10 zu erzielen, sind die Oberflächen 30 und 32 in
einem radialen Querschnitt definierte Abschnitt, welche um Zentren,
die sich normal auf die Achse 12 erstrecken, gekrümmt sind.
In der in der unteren Hälfte
von 1 gezeigten Variation
ist jede Oberfläche 30 und 32 durch
einen einzigen Bogen definiert, wobei jedoch in der in der oberen
Hälfte in 1 gezeigten Variation jede
der Oberflächen durch
zwei Bogen, welche ineinander übergehen,
definiert ist. Diese Kurven geben den Reibungsbereichen 18 und 20 die
ungefähre
Form einer Tragfläche, so
daß eine
Luftströmung
durch die Leitungen 29 erleichtert ist.
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Vom Rotor 10 wurde im Einsatz
gefunden, daß er
reduzierte Spitzen und mittlere Temperaturen im Vergleich zu konventionellen
Rotoren besitzt, was eine Konizität und das Risiko eines Springens
reduziert.