JP4841108B2 - 湾曲された冷却空気通路を有するベンチレーテッドブレーキディスク - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念による、ベンチレーテッドブレーキディスクに関する。

湾曲された冷却空気通路を有するベンチレーテッドブレーキディスクは、既に公知である。従って、フランス共和国特許第１１ ８０ ３７３号明細書（特許文献１）は、ブレード形に湾曲された冷却空気通路を有する減速装置（Ｒｅｔａｒｄｅｒ）、即ちブレーキのためのベンチレーテッドブレーキディスクを示している。ドイツ連邦共和国特許第２２ ５７ １７６号明細書（特許文献２）から、摩擦ブレーキのためのブレーキディスクが公知であり、このブレーキディスクは、同様に、湾曲された冷却空気通路を有している。付加的に、ここで、摩擦ディスク内において、パーフォレーションが、湿っているときのブレーキ作用を改善するために、および、改善された冷却作用のために設けられている。
フランス共和国特許第１１ ８０ ３７３号明細書 ドイツ連邦共和国特許第２２ ５７ １７６号明細書

従って、この公知技術を出発点として、本発明の課題は、ブレーキディスク冷却のための空気流過量、および、このブレーキディスクの強度を顧慮して改善されている、ベンチレーテッドブレーキディスクを提供することである。

この課題は、請求項１の特徴によって解決される。
本発明により、
２つのウェブを介して互いに結合された摩擦リングから成る、ブレーキディスクにおいて、
湾曲されて指向するウェブが、
これらウェブが、このブレーキディスクの外側の周囲において、基本的に、ほぼ半径方向に整向されており、これに対して、これらウェブが、このブレーキディスクの内側の周囲において、即ち、冷却空気入口の領域において、２０°から７０°までの角度だけ、この内側の周囲の点においてこのブレーキディスクの回転方向とは逆方向に接触された接線に対して、傾斜されているように構成されていることが提案される。入口側における角度に関する有利な範囲は、この接線に対して３０°から６０°の値である。

本発明は、半径方向に整向されたウェブが、異なって整向されたウェブと比較して、最も高い強度を有することの認識を基礎としている。この構成が、ブレーキディスクの回転によって極端に負荷をかけられている、ブレーキディスクの外側の周囲の領域において利用されるので、この強度を高める構成の作用効果は、特別に大きい。

更に、半径方向に延びるウェブでもって、有利な方法で、最も高い、静的な圧力上昇が、これらウェブの間に形成された冷却通路を介して達成可能である。高い静的な圧力上昇は、ブレーキディスク冷却のための可能な限り高い空気流過量を提供するための前提条件である。

入口角度、即ち、ブレーキディスクの内側の周囲へと指向する、ウェブの端部領域の角度は、従って可能な限り高い空気流過量を得るために、このウェブの初期の方向が、出来るだけ良好に、流入する冷却空気の方向と一致するように選択されている。

本発明の有利な更なる構成は、従属請求項において記載されている。

従って、ウェブの一部を、いわゆる第１のウェブとして形成し、その際、これら第１のウェブが、これら第１のウェブの、ブレーキディスクの内側の周囲の方へ向けられた端部領域において、固定孔（Ｂｅｆｅｓｔｉｇｕｎｇｓａｕｇｅｎ）を形成することが提案される。これら固定孔は、ブレーキプラグ（Ｂｒｅｒｎｓｔｏｐｆ）、車輪支持体、等との、ブレーキディスクの結合のための、例えばねじ結合のような固定手段の収容のために使用される。第２のウェブは、これら第１のウェブの間に設けられており、且つ、特に、空気案内、および両方の摩擦リングの互いに突っ張るような支持に使用される。この第２のウェブのブレーキディスクの内側の周囲の方へ向けられた端部領域は、冷却空気の入口のために、ブレーキディスクの内側の周囲において使用することができる断面を、可能な限り大きく保持するために、第１のウェブの端部領域に比して後方に位置ずれされている。

更に、ブレーキディスクの半径方向におけるウェブの覆い（Uberdeckung）を、以下のパラメータの選択、即ち、
− ウェブの数（特に、第１のウェブ、および第２のウェブ）、
− ウェブの入口角度の選択、および、
− ウェブの幅の選択、
によって保障することが提案される。

更に、第３のウェブは、特に、ブレーキディスクの外側の周囲へと指向する領域内において設けられている。空気通路内において、使用することができる断面を阻害しないために、これら第３のウェブのブレーキディスクの内側の周囲の方へ向けられた端部領域は、第２のウェブの端部領域に比して後方に位置ずれされている。これら第３のウェブでもって、摩擦リングの軸線方向の支持は、更に改善されており、且つ、このようにして、ブレーキライニングによって、ブレーキ工程の間じゅう、軸線方向にブレーキディスクに対して付与される力のもとでの、これら摩擦リングのたわみが低減される。

更に、必要に応じて、更にそれ以上のウェブは配置され得る。このような必要は、特に、摩擦リングの軸線方向の支持を更に改善されねばならない場合に存在する。同様に更なるウェブを用いて、冷却のために有効な表面が、空気通路内において増大され、この場合に、更なるウェブに代えて、摩擦リングの内側面から空気通路内へと延びているリブが配置されていても良い。

摩擦リング内においてパーフォレーション穿孔が設けられている限りは、これらパーフォレーション穿孔は、一列、または二列でもって、ほぼウェブに対して平行に、空気通路の範囲内に設けられている。これらパーフォレーション穿孔は、その場合に、有利には、ブレーキディスクの回転方向に指向するウェブの側面から、離間して設けられている。何故ならば、この側面に沿って、外周方向に見て、それぞれに、パーフォレーション穿孔によって阻害されるべきでない最も高い圧力上昇が、この空気通路内において起こるからである。更に、有利には、空気通路内における、摩擦リング内における最も高い静的な圧力負荷の領域において、即ち、ブレーキディスクの内側の周囲の近傍において、如何なるパーフォレーション穿孔も、もはや設けられていない。この構成によって、亀裂の危険は、この特に圧力を加えられる領域内において低減される。

特別に、繊維強化された複合材料、例えば珪素を浸透され炭素繊維強化された炭素Ｃ／ＣＳｉＣ（ドイツ連邦共和国特許第４４ ３８ ４５５号明細書（特許文献３）を参照）から成るブレーキディスクのために、強度の理由から、少なくとも１０ｍｍの厚さを有するウェブの壁厚を選択すること、および、ウェブの固定孔を、この固定孔の外径が、少なくともこの固定孔の内径の２倍の大きさであるように形成することが提案される。このことは、ブレーキディスクの改善された強度、および、このブレーキディスク結合の改善された強度に寄与する。
ドイツ連邦共和国特許第４４ ３８ ４５５号明細書

上記の構造的な原理は、ベンチレーテッドブレーキディスクのために、一般的に、これらベンチレーテッドブレーキディスクの構造様式に依存せずに使用可能である。これら構造的な原理は、従って、特に、１つの部材から、および２つの部材から成るように構成されたブレーキディスクのために、および、 −請求項６を除いて− 全ての材料、特にねずみ鋳鉄、および例えばＣ／ＣＳｉＣのような複合セラミックに適用される。

次に、本発明を、図に示した実施例に基づいて詳しく説明する。

図１は、斜視図で、部分領域において切開して図示されている、ベンチレーテッドブレーキディスク１を示している。平行平面の外側の面を有する２つの摩擦リング２、３の間に、以下でブレードと称するウェブ４が設けられており、これらウェブの間に、空気通路５が、冷却空気の案内のために形成されている。第１のブレード４ａと並んで、第２のブレード４ｂ、および第３のブレード４ｃが設けられている。これら第１のブレード４ａは、Ｓ字形に湾曲された状態で、このブレーキディスク１の内径ｄ１におけるブレード開始部６と、このブレーキディスク１の外径ｄ２におけるブレード端部７との間で指向している。図２による部分図において、このブレーキディスク１の断面が、再度、切開された図で示されている。

図３は、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩによる断面を示している。ここで、摩擦リング２、３が、異なる内径ｄ１１、およびｄ１２を有していることが認識できる。このことは、実施例において、空気流動の入口領域における、空気通路５の面積の拡大を誘起する。

図４は、図２による図内における、種々の、ブレード４の配設に関連した角度を示している。ブレーキディスク１の回転方向は、この場合、Ｄでもって提示されている。全ての角度に関する記載は、それぞれに、回転方向Ｄとは逆方向の接線（例えば接線方向放射線９）に関係付けられている。ブレード端部角度１０は、全てのブレード４に関して、一様に、９０°であり、即ち、ブレード端部７は、一様に、半径方向に整向されている。
ブレード開始部角度８は、以下のように選択されている：
−第１のブレード４ａに関して：ブレード開始部角度８ａは、５０°から７０°まで、有利には、５５°
−第２のブレード４ｂに関して：ブレード開始部角度８ｂは、４０°から６０°まで、有利には、５０°
−第３のブレード４ｃに関して：ブレード開始部角度８ｃは、５０°から７０°まで、有利には、６０°

第２のブレード４ｂ、および第３のブレード４ｃのブレード開始部６は、空気通路５内への冷却空気入口の領域において、可能な限り大きな断面を提供するために、それぞれに、空気通路５内における流動に関連付けられて、第１のブレード４ａのブレード開始部６に比して後方に下げられている。これら第２のブレード４ｂのブレード開始部６の領域において、空気通路５を、２つの部分領域内への期待されるべき空気流動に相応して、可能な限り大きな空気流過量でもって分配するために、これら第１のブレード４ａは、Ｓ字形に湾曲されている。第２のブレード４ｂおよび第３のブレード４ｃは、実施例において、ただ単に円弧状にだけ湾曲されている。

ブレード幅１１は、第２のブレード４ｂ、および第３のブレード４ｃの場合、それぞれに一定に選択されており、または、ブレード開始部６からブレード端部７へと、軽度に増大している。第１のブレード４ａの場合、これに反して、それぞれに、ブレード開始部６において設けられた固定孔１２が、最も大きなブレード幅１１を形成し、このブレード幅が、その場合にこの固定孔１２を出発点として、先ず第一に減少する。ブレード端部７へと、このブレード幅１１は、その場合に再び減少可能である。この固定孔１２は、ブレーキプラグ１８（図１参照）、車輪支持体、等との、ブレーキディスク１の結合のために使用される。通常、ねじ１９、またはスリーブが、この固定孔１２を貫いて挿入される。

ブレーキディスク１の強度のために、ブレード４でもって、このブレーキディスク１の半径方向において覆い（Ueberdeckung）が得られることは、総じて重要である。この覆いを得るためのブレード４の配設は、図５において詳細に図示されている。この実施例において、１０個の第１のブレード４ａが配置されており、従って、２つの第１のブレード４ａの間に、３６°の分割角度１３が形成されている。この第１のブレード４ａは、約２／３だけ、分割角度１３を覆っており、即ち、本実施例において、２３°の第１の分割角度１４が、この第１のブレード４ａによって覆われる。第２のブレード４ｂは、回転方向Ｄとは逆方向に、且つ、ブレーキディスク１の円周角に関連付けられて、この第２のブレード４ｂのブレード開始部６が、この第１のブレード４ａのブレード端部７に接続するように配設されている。この第２のブレード４ｂは、１３°の残された分割角度１５を覆っている。

実施例において、第３のブレード４ｃは、半径方向における覆いに対して、如何なる直接的な寄与もしない。この第３のブレード４ｃの役目は、むしろ、図示されていないブレーキライニングによってブレーキ工程の間じゅう、軸線方向にブレーキディスク１に対して付与される力のもとでの、これら摩擦リング２、３のたわみを回避するために、第２のブレード４ｂと第１のブレード４ａとの間で、両方の摩擦リング２、３を互いに突っ張るように支持することにある。この目的で、全てのブレード４のブレード端部７は、外径ｄ２において、基本的にほぼ同じ間隔で配設されている。

空気通路５の領域において、パーフォレーション穿孔１６が、それぞれに、相対して位置している状態で、摩擦リング２、３内において設けられている。これらパーフォレーション穿孔１６は、これら空気通路５の内側で、ブレード４に対してほぼ平行に、これらパーフォレーション穿孔が、常に、回転方向Ｄにおいて指向するブレード４の側面１７に対して最小の間隔を有しているように配設されている。このブレーキディスク１の内径ｄ１の近傍において、如何なるパーフォレーション穿孔１６も、もはや配置されていない。

部分領域において切開された図示を伴う、ベンチレーテッドブレーキディスクの斜視図である。 部分領域において切開された図示を伴う、ブレーキディスクの部分図である。 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩによる断面図である。 角度に関する記載を伴う、図２による部分図である。 覆いに関する記載を伴う、図２による部分図である。

１ ベンチレーテッドブレーキディスク、ブレーキディスク
２ 摩擦リング
３ 摩擦リング
４ ウェブ、ブレード
４ａ 第１のブレード、第１のウェブ
４ｂ 第２のブレード、第２のウェブ
４ｃ 第３のブレード、第３のウェブ
５ 通路、 空気通路
６ 端部領域、ブレード開始部
７ 端部領域、ブレード端部
８、８ａ、８ｂ、８ｃ ブレード開始部角度
９ 接線方向放射線
１０ ブレード端部角度
１１ ブレード幅
１２ 固定孔
１３ 分割角度
１４ 分割角度
１５ 分割角度
１６ パーフォレーション穿孔
１７ 側面
１８ ブレーキプラグ
１９ ねじ
Ｄ 回転方向
ｄ１ 内径
ｄ１１、ｄ１２ 内径
ｄ２ 外径

Claims (6)

1. 複数のウェブ（４ａ、４ｂ、４ｃ）を介して互いに結合されている、２つの摩擦リング（２、３）から成るベンチレーテッドブレーキディスク（１）であって、
   その際、これらウェブの間に、通路（５）が、冷却空気を案内するために形成されており、および、上記ウェブが、これらウェブの端部領域（６、７）の間で湾曲された状態で延在しており、
   ブレーキディスク（１）の外側の周囲へと指向する上記ウェブの端部領域（７）が、このブレーキディスクに対してほぼ半径方向に整向されており、
   ブレーキディスク（１）の内側の周囲へと指向する上記ウェブの端部領域（６）が、この端部領域の点においてこのブレーキディスクに接触されこのブレーキディスク（１）の回転方向（Ｄ）とは逆方向に指向する、接線方向放射線（９）に対して、２０°から７０°まで、有利には３０°から６０°までの角度で設けられており、
   上記ウェブが、第１のウェブ（４ａ）と第２のウェブ（４ａ）と第３のウェブ（４ｃ）を有し、
   複数の第１のウェブ（４ａ）と回転方向（Ｄ）とは逆方向に並んで、付加的に第２のウェブ（４ｂ）が設けられており、
   上記複数の第２のウェブ（４ｂ）と回転方向（Ｄ）とは逆方向に並んで、更なる付加的な第３のウェブ（４ｃ）が設けられており、
   上記付加的な第２のウェブ（４ｂ）および更なる付加的な第３のウェブ（４ｃ）の内側の端部領域（６）が、それぞれに、これら第２のウェブ（４ｂ）および第３のウェブ（４ｃ）に対して、回転方向（Ｄ）においてそれぞれに先行するウェブ（４ａ；４ｂ）の内側の端部領域（６）に比して、ブレーキディスクの外側の周囲へと後方に位置ずれされており、
   第１、第２および第３の全てのウェブ（４ａ、４ｂ、４ｃ）の外側の端部領域（７）が、ブレーキディスク（１）の外径（ｄ２）において、ほぼ同じ間隔で配設されており、
   上記第１のウェブ（４ａ）がＳ字形に湾曲されており、および、上記第２のウェブ（４ｂ）および第３のウェブ（４ｃ）がただ単に円弧状にだけ湾曲されていることを特徴とするベンチレーテッドブレーキディスク。
2. 第１のウェブ（４ａ）が、これら第１のウェブの内側の端部領域（６）において、固定孔（１２）を有していることを特徴とする請求項１に記載のベンチレーテッドブレーキディスク。
3. ウェブ（４ａ、４ｂ）の幅、ウェブ（４ａ、４ｂ）の数、および、ブレーキディスクの内側の周囲へと指向する上記ウェブの端部領域の入口角度（８）は、これらウェブ（４ａ、４ｂ）が、ブレーキディスク（１）の半径方向に見て、覆っているように選択されていることを特徴とする請求項１または２に記載のベンチレーテッドブレーキディスク。
4. 摩擦リングの内側面に、空気通路（５）内へと延びるリブが配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のベンチレーテッドブレーキディスク。
5. 摩擦リング（２、３）内において、パーフォレーション穿孔（１６）が設けられており、その際、通路（５）内における最も高い静的な圧力上昇の領域であるこのブレーキディスク（１）の内径（ｄ１）の近傍において、如何なるパーフォレーション穿孔も設けられていないことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のベンチレーテッドブレーキディスク。
6. ブレーキディスク（１）は、繊維強化された複合材料、有利には、珪素浸透された炭素繊維強化された炭素から成り、その際、ウェブ（４ａ、４ｂ）の幅（１１）は、少なくとも１０ｍｍであり、且つ、固定孔（１２）を囲繞する、第１のウェブ（４ａ）の端部領域（６）の外径が、少なくともこの固定孔の内径の２倍の大きさであることを特徴とする請求項２に記載のベンチレーテッドブレーキディスク。

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