DK153101B - Bremseskive med forbedret ventilationskoeling - Google Patents

Description

i

DK 153101B

Opfindelsen angår en bremseskive af den i krav l’s indledende del angivne art.

Ved en kendt bremseskive af den i krav l's indledning angivne type (US-patentskrift nr. 2.629.464) er der imellem skovlrib-berne anbragt varmestrømsribber, som ved bremseringens indre omkreds har udtagninger, som er begrænset af en cirkelbue. Ved hjælp af disse udtagninger skal det kunne opnås, at der ledes mere luft til den nedre ud over bremseskivens indre omkreds ragende ende af skovlribberne, da disse ribber på grund af 10 deres konstruktionsmæssigt betingede nødvendige større tykkelse udviser en meget dårlig varmestrøm, således at bremse-varmen også kan strømme lettere væk via disse. Denne konstruktion går altså ud fra, at der skal ledes en så stor luftmængde som muligt til ribberne for at opnå en tilfredsstillende kø-15 ling.

Ved afbremsning af store vognvægte, ved anvendelse af små hjul og dermed små bremseskiver, ved nedbremsning fra høje køreha-stigheder samt i forbindelse med ofte foretagen bremsning i 20 hurtiggående nærtrafik, har man i forbindelse med den kendte ventilationskøling erkendt en ulempe deri, at det blev stadigt vanskeligere at sikre sådanne driftstemperaturer, at der uden vanskeligheder kan anvendes organisk bundne bremsebelægninger og opnås en tilstrækkelig levetid af disse. Det er hensigts-mæssigt, at bremseskivetemperaturen i gennemsnit ikke kommer over ca. 375°C, såfremt temperaturfading og utilladeligt højt belægningsslid skal undgås. Det har vist sig, at en nedsættelse af den gennemsnitlige bremseskivetemperatur til ca. 280°C er forbundet med en meget væsentlig nedsættelse af belægnings-30 slidet.

Formålet med opfindelsen er at videreudvikle de kendte bremseskiver således, at de stigende krav, der stilles ved praktisk anvendelse kan opfyldes. Især skal der ved en ny udform-35 ning af kølerummet sikres en forbedring af ventilationskøling en .

Ifølge opfindelsen er dette opnået ved den i krav l's kendetegnende del angivne udformning.

DK 153101 B

2

Trækket a) ifølge hovedkravets kendetegnende del kendes fra bremseskiver med ventilationskøling (US-patentskrift nr.

2.255.023). Ved disse bremseskiver findes der imidlertid gennemgående ens tildannede skovlribber, som med hensyn til luft-5 kapacitet har samme ulemper som andre bremseskiver. Især forholdet mellem indgangs- og udgangstværsnittet er ved denne kendte konstruktion et fuldstændigt andet.

I forbindelse med trækket b) er det også kendt ved kølede bremseskiver at forsyne varmestrømsribber med kileformede ind- 10 snævringer, som i akseretningen forløber ind til midten af ventilationskanalerne (US-patentskrift nr. 2.215.421). Ved disse kendte bremseskiver berører varmestrømsribberne imidlertid ikke hinanden ved kanalmidten. Derudover ligger forholdet mellem luftens indgangs- og udgangstværsnit uforandret i området af 1:2,3.

Fra GB-patentskrift nr. 8 47 120 er det kendt at have yderligere varmestrømsribber anbragt imellem de normale skovlribber på kølede bremseskiver. Disse varmestrømsribber har kileformet 20 indsnævrende udsparinger, som er tilvejebragt ud over de kendte halvcirkulære udsparinger. De kileformede udsparinger er imidlertid anbragt rettet modsat hinanden på den indre og den ydre ende af ribberne. Dette betyder, at både luftindgangs- og luftudgangstværsnittet forøges i samme grad ved hjælp af disse 25 udsparinger, hvorfor forholdet imellem de to tværsnit ikke ændrer sig, men som hidtil forbliver ved et forhold på ca. 1:2,3.

Ved hjælp af den foreliggende opfindelse opnås der en turbu-30 lent strømning af køleluft, som strømmer igennem kanalerne, og som har stor betydning for varmeovergangen fra kølekanalernes overflader til den gennemstrømmende luft. Ved hjælp af ribbernes udformning opnås der endvidere, at den under energiomsætningen på friktionsfladerne frembragte varme strømmer gen-35 nem friktionsringens vægtykkelse til kølerumsoverfladen med en under hensyntagen til støbejerns termiske ledeevne i aksial retning faldende gradient. Der hvor varmen når hen til en ribbefod, vil den lokalt strømme ind i ribben. Til opnåelse af,

DK 153101 B

3 at store varmemængder strømmer fra friktionsringene ind i ribberne, skal ribbefoden være bred i forhold til ribbens aksiale længde.

løvrigt opvarmes den luft, der indtræder ved det indre luftindgangstværsnit under gennemstrømningen af luftkanalerne, og den bliver herved underkastet en tilsvarende volumenforøgelse.

I forbindelse med det opfindelsesmæssige forhold imellem køle-kanaltværsnittene sikrer den termiske volumenforøgelse af den gennemstrømmende luft, at der kun optræder uvæsentlige tryk- 10 og hastighedsændringer ved gennemstrømningen af bremseskive-kølekanalerne.

Opfindelsen og dens fordele vil i det følgende blive nærmere forklaret under henvisning til tegningen, og delvis under sam-menligning af en ifølge opfindelsen udformet bremseskive med en tidligere kendt tilsvarende bremseskive, idet fig. 1 viser en del af en kendt bremseskive, set fra siden, delvis i snit, 20 fig. 2 et snit efter linien II—II i fig. 1, f i g. 3 et snit efter linien 111 — 111 i fig. 1, fig. 4 en del af en bremseskive i henhold til en udførelses-25 form for bremseskiven ifølge opfindelsen, set fra siden, delvis i snit, fig. 5 et snit efter linien V-V i fig. 4, fig. 6 et snit efter linien VI-VI i fig. 4, og 30 fig. 7 i større målestok en del af en bremseskive ifølge opfindelsen, set fra siden, delvis i snit.

Den i fig. 1 til 3 viste kendte bremseskive har et nav 11, der på kendt måde kan fastgøres på en ikke vist aksel. Navet har 3 5 tre klemnoter 12 dannende bærearme, idet forbindelsen mellem en tilhørende bremsering 13 og navet 11 er frembragt ved hjælp af i noterne 12 indspændte styrelister 14, der udgør de ud ov-

DK 153101B

4 er bremseringens indre omkreds sig strækkende forlængelser af en ribbe 15. Klemnoten 14 er lukket ved hjælp af et nærmest tangentialt tværs over noten sig strækkende sikringsstykke 16. Som det fremgår af fig. 2 og 3 består bremseringen 13 af to 5 friktionsringe 13A og 13B, der på ydersiderne bærer friktionsflader 17, og som indbyrdes er forbundne ved hjælp af på deres bagsider anbragte radiale ribber 18 og 19. Ribberne 18 har således en længde, der på det nærmeste svarer til friktionsringene 13A's og 13B1 s bredde, hvorimod ribberne 19 er kortere.

20 Ribberne 18 og 19 er lige tykke over hele deres aksiale bredde, således som det fremgår af fig. 3.

Ved den i fig. 4 til 7 viste bremseskive ifølge opfindelsen er der eksempelvis gået ud fra den i fig. 1 viste bremseskive, der er ændret til overensstemmelse med opfindelsen, men idet 15 de sædvanlige dimensioner er bibeholdt. Navet 20 er fastspændeligt på en aksel på ikke nærmere vist måde og har ved denne udformning fire klemnoter 21, i hvilke som forlængelser af ribberne 23 udformede styrelister 24 er indklemte til fastgørelse af bremseringen 22. Sikringslasker 25 spænder tangen- 20 tialt over klemnoten 21. Som det fremgår af fig. 5 og 6, består bremseringen 22 af to friktionsringe 22A og 22B, hvis bagsider er indbyrdes forbundne ved hjælp af ribber 27 og 28. Ribberne 27 har en længde, der på det nærmeste svarer til friktionsringene 22A's og 22B's bredde og danner sammen med ribberne 23 såkaldte skovlribber, ved hjælp af hvilke luft bringes til at strømme mellem ringene 22A og 22B. Hver ribbe 28 er til frembringelse af såkaldte varmestrømsribber udformet med en udtagning 29, der radialt og nærmest tragtformet ind- snævrende strækker sig ud fra ribbens ved bremseringens indre 30 omkreds 30 værende ende. Alle ribberne 23, 27 og 28 ligger med brede fodflader 31 an mod friktionsringene 22A's og 22B's bagsider og indsnævrer sig kileformet mod midten 32 mellem de to friktionsringe. Forholdet mellem antallet af ribber 23 plus 27 og ribber 28 andrager 1:8.

3 5

Ved den i fig. 7 viste udførelsesform andrager den procentuelle ribbefodsbredde 31 af hver delstrækning 36 ca. 62%, idet

DK 153101 B

s begge disse mål er taget ved bremseradius 35. Forholdet mellem ribbefodsbredden 31 og afstanden 33 mellem to naboribber 28 eller 27 og 28 andrager ved den indvendige bremseringsomkreds 1 og bør ikke væsentligt afvige fra denne værdi.

5

Forskellene mellem de to viste sammenlignelige bremseskiver fremgår af tabel 1:

Tabel 1 10 gammel konstruktion ny konstruktion 1 uftindgangstværsnit 455 cm2 630 cm2 luftafgangstværsnit 1035 cm2 865 cm2 samlet ribbeantal 60 stk. 72 stk.

antal styrelister 3 4 15 styrelistebredde 50 mm 35 mm vægt 135 kg 144 kg bremseskivediameter 660 mm 660 mm bremseskivebredde 110 mm 110 mm friktionsringstykkelse 20 mm 20 mm 20 Følgende forsøg blev gennemført: a) Vedvarende bremsning 25 Til fremfindelse af bremseskivens ligevægtstemperatur under vedvarende bremsning blev der uden afbrydelse og mellemafkø-ling gennem et tidsrum på 6 timer kørt med kontinuerlig bremsning med henholdsvis 20, 30 og 40 kW bremseydelse ved fire forskellige hastigheder, nemlig 100, 75, 50 og 25 km/h. Enkelt-3Q heder herved fremgår af følgende tabel 2: 35

DK 153101B

6

Tabel 2

Bremseydelse I i kW__20 _ 50 __4-0 ___

Bremsetid t i min. 60 50 50 50 50 50 30 50 50 50 50

Omdrejningstal n i o/min 577 455 289 14-4- 692 577 462 546 692 577 462 5

Hastighed ved hjulradius: 920 mm i km/h__100 75_50 25 120 100 80 60 120 100 80

Bremsemoment M^i daHm 34 45 67 135 42 51 63 85 56 68 84 10

Den i henhold til disse forsøg gennemførte sammenligning mellem den kendte bremseskiveudformning og bremseskiveudformning-en ifølge opfindelsen fremgår af de i tabel 3 sammenstillede resultater: 15

Tabel 5

Bremse- hastighed bremseskiveligevægtstemperatur forskel i lige- ydelse i C vægtstemperatur

kW km/t gammel konstruk- ny konstruk- i °C

tion tion 20 100 100 206 184 -22 75 249 228 -21 20 50 302 279 -23 __25____552__-20_ 25 120 312 ' 243 -69 100 315 283 -32 ' 50 80 349 306 -43 __60__325__311__z28_ 120 373 311 -62 3Q 40 100 410 383 -27 __80_4 448_1- 595_ -55_ Særligt tydeligt erkendes den forbedrede ventilationskølings indflydelse ved tiltagende bremseydelse. Ligeledes er denne 35 virkning ved konstant bremseydelse i afhængighed af kørselshastigheden ved nedadkørsel, se bremseydel serne 30 og 40 kW, tydelig.

DK 153101 B

7

Sammenstiller man den hastighed, ved hvilken den vedvarende bremsning udføres med bremseydelsen ved en ligevægtstemperatur på 375°C, finder man, at en ifølge opfindelsen udformet brem-seskive ved 100 km/t frembringer en vedvarende bremseydelse på 5 40,5 kW, hvorimod den kendte bremseskive kun har en ydelse på 37 kW.

b) Bremsning til stop i nærtrafikdrift.

Hertil blev en forudbestemt påvirkning af dynamometeret simul-10 eret, og der blev under de mest forskellige betingelser udført hver gang så mange bremsninger, at der i bremseskiven indstillede sig en ligevægtstemperatur. Ved disse forsøg fremgik den forbedrede ventilationskøling af en bremseskive ifølge opfindelsen særlig tydeligt, når man i afhængighed af kørselsha-15 stigheden betragtede den mindst mulige stoppestedsafstand, ved hvilken der kunne opretholdes en ligevægtstemperatur i bremseskiven på 375°C i forbindelse med et vilkårligt antal bremsninger til stop.

20 Nedsættelsen af den mindst mulige stoppesteds-afstand androg ved bremsninger til stop fra 55 km/h = 200 meter = forbedring på 23,80% fra 60 km/h = 240 meter = forbedring på 21,81% fra 65 km/h = 260 meter = forbedring på 19,54%.

2 5

Ved en konstant stoppestedsafstand på 1000 meter indtrådte under de samme betingelser følgende i tabel IV sammenfattede ligevægtstemperaturer i bremseskiverne: 30 35

DK 153101B

8 gabel 4

Bremsning til stop ligevægtstemperatur (°C) fra hastigheden gammel konstruktion ny konstruktion 5 km/h____ 50 290 255 55 354 300 60 395 345 65 - 390 10

De af denne tabel IV fremgående, gennemsnitligt 45eC lavere driftstemperaturer af bremseskiven ifølge opfindelsen medfører 15 en yderst væsentlig forbedring af slidforholdene for bremsebe-lægningerne, således som det foran er anført.

c) Bremsning til stop ved hurtig trafikdrift.

Ved disse forsøg blev der i hastighedsområder på fra 60 til 20 240 km/h ved hver hastighed foretaget tre bremsninger til stop ved forskellige decelerationer ved forskellige belastninger, og idet derunder bremseskivetemperaturerne blev målt.

Generelt kan af disse forsøg udledes, at den bedre udluftede 25 bremseskive ifølge opfindelsen ved bremsninger fra høje hastigheder giver mellem 30 og 50°C lavere temperatur end de kendte bremseskiver. Således viste f.eks. en deceleration på 0,8 m/s2 ved en aksebelastning på 8 t, at der til opnåelse af en belægningsgrænsetemperatur på 375°C med den bedre udluftede 30 bremseskive kunne gennemføres standsninger til stop fra 239 km/h, medens der under samme betingelser med den gamle brem-seskivekonstruktion kun kunne opnås bremsninger til stop fra 216 km/h. Dette svarer ganske vist kun til en hastighedsforøgelse på 10,6%, men betyder for så vidt angår energiomsætningen 35 en ydelsesforøgelse på 22%. Ved en deceleration på 1,0 m/s2 opnåedes en ydel-sesforøgelse på 29% og ved 1,2 m/s2 opnåedes en ydelsesforøgelse på 34%.

Claims (4)

1. Bremseskive med ventilationskøling og bestående af en bremsering (22) med indvendige ved hjælp af ribber (23, 27, 28. dannede, radialt forløbende kanaler, og ved hvilken den 10 kølende luft styret af skovlribber (23, 28) strømmer ind i kanalerne ved bremseringens (22) mod navet (20) vendende indvendige omkreds og afgår ved bremseringens (22) ydre omkreds, hvorhos der foruden skovl ribberne (23 og 27), der har en på det nærmeste til bremser i ngens (22) fulde bredde svarende 15 længde, findes varmestrømsribber (28), hvis luftindgangskanter udgående fra ribbefoden til ribbemidten er tildannet i tiltagende grad tilbagetrukket i radial udadgående retning og forkorter skovllængden ind imod midten under dannelse af en radialt begrænset udsparing (29), kendetegnet ved, at 20 varmestrømsribberne (28) a) ved bremseradien (35) udviser et procentielt forhold mellem ribbefodsbredden (31) og ribbedelstrækningen (36) på mere end 60%, 25 b) i akseparallel retning og ind til midten imellem de to friktionsringe (22A, 22B) indsnævrer sig kileformet (fig. 6), c) ved bremser i ngens (22) indre omkreds (30) udviser et procentielt forhold mellem ribbefodsbredden (31) og afstanden 30 (33) imellem to nærliggende ribber (27, 28) på 80-100%, og d) har radiale udsparinger (29), som indsnævrer sig kileformet fra luftindgangstværsnittet og udad, og hvorhos (e) forholdet imellem luftindgangstværsnittet og luftafgangs-tværsnittet er på imellem 1:2 og 1:1.

2. Bremseskive ifølge krav 1, kendetegnet ved, at skovl ribberne (23, 27) indsnævrer sig kileformet mod midten DK 153101B

3. Bremseskive ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at varmestrømsribbernes kileformede udtagninger (29) optager mindst halvdelen, men ikke mere end 3/4 af den radiale ribbelængde. 5

4. Bremseskive ifølge krav 1, 2 eller 3, kendeteg net ved, at forholdet mellem ribbefodsbredden og bredden ved ribbemidten mellem friktionsringene (22A, 22B) andrager mellem 4:1 og 2:1, idet breddeforholdet aftager med tiltagende friktionsringsafstand. 15 20 25 30 35