JP5919577B2 - ブレーキディスクおよびブレーキディスクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に、独立特許請求項１、１１および１６の序文に係る動力車、多用途車および／または鉄道車両のブレーキディスク、特許請求項１８の序文に係るブレーキディスクの摩擦リングおよび／またはポットに連結するための拡張要素および／またはリブのための挿入部材、特許請求項１９に係るブレーキディスクの製造方法に関する。

ブレーキディスクは、文献ＤＥ １０ ２００７ ０１３ ５１２ Ａ１から知られており、車両の軸または車両のホイールに保持されることができる径方向の内側サポート部と、径方向に伸びる連結要素を介して、径方向の内側サポート部に連結される径方向の外部摩擦ディスクとを有する。径方向に伸びる連結要素をサポート部または摩擦ディスクに連結するために、少なくとも、連結要素の径方向の端は、サポート部または摩擦ディスクにより、係合するように取り囲むかまたは鋳造される。さらに、摩擦ディスクは、軸方向に対向する２つの摩擦リングを有し、冷却リブを介して互いに連結され、連結要素を形成するために、内側に対向する摩擦リングに向かって径方向に伸びる。このデバイスの重大な欠点は、軸方向に対向する摩擦リング、冷却リブおよび連結要素が、１つの一体の部材で且つ同じ材料（特に、普通鋳鉄）から作られる事実にある。これは、ブレーキディスクの比較的に重い全体の重量を引き起こし、乗り物の燃料消費に悪影響を及ぼす。

そこで、本発明の目的は、ブレーキディスク、拡張要素のための挿入部材、および／またはブレーキディスクのリブを創作するとともに、同様の高い強度および安い製造コストを大いに保ちつつ、より軽い重量（特に、低燃料消費に関する）のブレーキディスクの製造方法を創作することである。

この目的は、独立特許請求項の特性に係るブレーキディスク、拡張要素および／またはリブとともに製造方法により、解決される。

本発明では、ブレーキディスク（上記の全ての動力車、多用途車および／または鉄道車両に使用される）は、ポット、拡張要素および摩擦リングを有する。摩擦リングは、リブを介して互いに連結される一対の摩擦板を有する。拡張要素は、ポットに、好ましくは、ポットの外周上に、放射状に配置され、ポットから離れる方向の端で摩擦リングに接続される。少なくともいくつかのリブおよび／または拡張要素は、少なくとも部分的に、挿入部材により形成される。さらに、少なくとも１つの拡張要素は、少なくとも部分的に、一対の摩擦板に連結するための１つのリブを形成する。このようにして、リブは、通常は普通鋳鉄の部分またはコーティングされたアルミニウム鋳造の部分で構成される一対の摩擦板と比較して、全部または少なくとも部分的に、より軽い材料で製造され、大幅な重量削減を実現し、同様にして、燃料消費に好適な影響をもたらす。しかしながら、本発明に係るこの特性は、ブレーキディスクの減衰、振動および冷却にも好適な影響をもたらす。なぜなら、その材料だけではなくその形状にもよって、一対の摩擦板の間のリブの傾斜および特別な配置を最適化することができ、鋳造技術により制約される製造の制限から解放される。従来に製造されたブレーキディスクは、ホットスポットと呼ばれる問題を持ち、たとえば、熱が、一対の摩擦板の表面に作用し、特に、径方向の不均一な摩擦リングの質量分布により引き起こされる。これは、ブレーキングおよびステアリングシステムを刺激して、好ましくない振動を引き起こす。少なくとも部分的に、拡張要素により形成されるリブは、理想的な径方向の摩擦リングの熱分布を考慮し、摩擦リングの理想的な質量分布が、ほぼ均一になるように、形成されることができる。ブレーキング過程およびブレーキジャダの結果の熱−機械負荷により引き起こされる一対の摩擦板の不均一な歪みは、その結果として、大幅に排除される。

ブレーキの際に、一対の摩擦板は、ポットと比較して大幅に熱くなり、ポットの方向に、熱勾配が発生し、一対の摩擦板での熱流束密度は径方向に増大し、ポットと摩擦リングとの間の一般的な堅い接続は、熱−機械負荷を引き起こし、一対の摩擦板のディッシングおよびブレーキディスクのクラックを引き起こす。ディッシングは、ブレーキシューに対する径方向の摩擦リングの傾きとして知られ、ブレーキディスクのブレーキング特性に好ましくない効果を持つ。これらの好ましくない効果を防止するために、特に、拡張要素を、ポットおよび摩擦リングの間の最短距離よりも長くすることが特に優位であり、特に、これが曲げにより発生していれば優位である。その結果として、拡張要素は、熱により発生する一対の摩擦板の膨張に適応することができ、一対の摩擦板とポットとの間に発生する熱−機械負荷を、熱−機械効果により引き起こされる摩擦リングの不均一な歪みとともに大幅に減らす。これに関連して、摩擦リングの熱変形に適応できるように、拡張要素は、径方向に弾性を持って設計されるのが、同様に優位である。

リブの強度、熱伝導性、冷却特性および振動特性に、好適に影響するように、仮に、リブが、複数の個々の部分およびこれらの個々の部分の少なくとも１つが、一対の摩擦板とともに、一体に鋳造されれば、特に優位である。

これに関しては、リブが少なくとも１つの窪みを有することが、同様に優位である。上述のパラメータから、この特性は、特に、ブレーキディスクの冷却性能に好適な影響を持つことができる。

リブおよび／または拡張要素が、少なくとも部分的に、挿入部材により形成されることが、特に優位である。鋳造技術を利用するブレーキディスクの製造においては、鋳造のみで製造されるリブおよび／または拡張要素から得ることができない材料および形状による特性を持つことができるという特別な優位点を有する。

挿入部材と一対の摩擦板との間の接続は、鋳造により形成されたときに、ブレーキディスクの製造コストは、優位に大いに引き下げることができる。この場合、挿入部材は、一対の摩擦板および／またはポットに、形状接合および／または物質間接合さることも優位である。形状接合および物質間接合は、ブレーキングの際に発生する強い熱−機械負荷に耐えるためにも優位である。さらに、このような接続または接着は、上述の最先端のデバイスを製造するよりも簡単で廉価である。ここで、摩擦リングとポットとの間のストレスを減らすために、接続部とポットとの間の物質間接合を防ぐことが絶対的に必要である。これは、鋳造技術で達成することが非常に困難であり、その結果として、高額な製造コストを引き起こす。

強度を高めるために、挿入部材が一対の摩擦板に接合するための少なくとも２つの連結面を持つことが同様に優位である。この場合、堅固な形状接合および／または物質間接合を実現するために、連結面は、連結面に配置される少なくともいくつかの継ぎ目および／または歯を有する。継ぎ目は、挿入部材の連結面が圧力下で変形する際に発生する連結面の領域での突出部および窪み部として理解される。特に、好適な実施例では、歯は、通常は、形状接合および／または物質間接合の強度を向上するために設けられる。好ましい接続のタイプにより、挿入部材の歯および／または継ぎ目は、鋳造が一対の摩擦板との接続を形成する際に、全部または一部が溶けてなくなる。その代わりに、それらは、好適に保存されることができる。歯および継ぎ目は、一対の摩擦板との連結面を十分に大きくする。

仮に、少なくとも部分的にリブまたはリブを持つ拡張要素として設計されることが可能な挿入部材は、ブレーキディスクの回転軸に関して、特に、一対の摩擦板の領域で、軸方向の弾性設計を有するのが、特に優位である。この場合、ブレーキが動作した際に、幅が均一に適応するように、挿入部材の断面は、横軸に関して、特に、曲げ、ねじれ、外形、屈曲、自由な形態の幾何学構造、および、特に、インボリュート幾何学構造を持つ。その結果として、一対の摩擦板の平面摩擦表面が実現され、ブレーキジャダが大幅に排除される。その代わりに、挿入部材は、縦方向および／または横方向に、自由な形態の幾何学構造を持つことができ、特に、望ましい物理的特性を満たす。ブレーキディスクの増加された強度および向上された減衰特性とは別に、理想化されることが可能な更なる重要な物理的特性がある。すなわち、挿入部材を通るおよび／または一対の摩擦板の中の熱伝導性は、より大きな外形とともに増加する熱流束密度に適合され、ほぼ均一な熱分布が、特に一対の摩擦板の領域で、大幅な飛躍をなくして達成される。

ブレーキディスクの熱応力を可能な限り低く保つために、特に、一対の摩擦板の領域で、挿入部材が冷却穴を持つのが好ましい。好適には、四角形、楕円形、円形、台形および／または平行四辺形の形状を持つ。しかしながら、他の自由な形態の幾何学構造および／または他の公知の幾何学形状が考えられる。上記に関しては、仮に、冷却穴が、軸方向に弾性設計を持ち、特に、楕円形および／または平行四辺形の輪郭を持てば、さらに優位である。冷却穴の形状は、軸方向の弾性に影響する。たとえば、平行四辺形の形状を持つ冷却穴は、軸方向の弾性の弾性を向上させ、四角形の形状では、それを低下させる。このため、高速度の時にブレーキを動作させた際に、摩擦リングの軸方向の弾性は、一対の摩擦板の最も滑らかな表面を実現することが可能である。仮に、挿入部材の軸方向の冷却穴が、パンチ穴、外形穴、窪みおよび／または継ぎ目であっても優位である。

ブレーキディスクの更なる重量削減のために、ポットがその外周に材料フリースペースを持つことが、特に優位である。これらは、ポットと挿入部材との間の、形状による接合および／または材料間の接合の強度に不利に影響しないように形成される。代わりにまたは追加的に、ポットがその内周にマテリアルフリースペースを持つことが同様に優位である。重量削減とは別に、これは、ブレーキディスクをホイールハブの前から取り付ける必要がないという更なる優位点を持つ。むしろ、後部から取り付けることも可能である。この場合、省略されたポット（ｌｅｆｔ−ｏｕｔ ｐｏｔ）は、まず、ホイールハブを介してフロントから通され、ホイールハブは対応する窪みを有し、ホイールハブのネジ領域およびポットが、重なるように向いた状態で、ねじられる。その後、ポットは、ホイールハブの上に、特に、後ろからネジ止めされる。これは、ホイールハブとリブとの間におけるポットのねじれを防止する優位性を有する。その結果、仮に、ホイールナットが均一に締め付けられなかったとしても、ポットがねじれたり壊れたりする可能性が低くなる。

仮に、ポットおよび挿入部材が、同じ材料および／または１つの単一の部品から作られても優位である。好ましくは、ブレーキディスクの製造コストが大幅に減少されるので、熱成形が用いられる。

これに関連して、ポットおよび摩擦リングが、鋳造により、同じ材料から作られることも同様に優位である。その結果、挿入部材は、鋳造材料により、形状接合および／または物質間接合にて取り囲まれることができ、１つの製造工程で、ポットおよび摩擦リングを形成することができるので、製造コストを大幅に下げることができる。

その代わりに、仮に、摩擦リング、ポットおよび／または挿入部材が、異なる材料から作られ、関連する構造部品の個々の要求に基づいて、最適材料が選択されることができれば優位である。この点において、仮に、摩擦リングが、特に、アルミニウム、普通鋳鉄またはステンレス鋼から鋳造により作られ、挿入部材が、特に、鋼板、ステンレス鋼板および／またはより強度の高いスチール材料から熱成形により作られれば、特に優位である。その結果、非常に好適な振動特性および減衰特性を有し、しかも比較的に軽く且つ強固なブレーキディスクを得ることができる。

熱により引き起こされる摩擦リングの径方向の膨張に適応できるように、特に、拡張要素の領域で、挿入部材が、曲げ形状を持つことも優位である。さらに、適宜に設計されて構造的に定められた範囲に、弾力性を達成するために、この曲げが設けられる。このため、成形された場所は、好ましくない支持反応、力、運動および振動を可能な限り緩和することができる。

本発明によれば、ブレーキディスクは、拡張要素により互いが連結される一対の摩擦板およびポットを有する。この場合に、一対の摩擦板は、リブを介して互いに連結される第１摩擦板および第２摩擦板を有する。重量が削減されたブレーキディスクに関して、理想的な重量および最大限の強度が同時に達成されるように、第１摩擦板および／または第２摩擦板の断面は、ブレーキディスクの周囲に向かって、特に、その幅が変化する。さらに、ブレーキディスクの減衰特性が、これにより、最適化されることが可能である。

ブレーキディスクの周方向において、一対の摩擦板の断面の幅を変化させることができるように、第１摩擦板および／または第２摩擦板が、リブに面する端またはリブから離れる端に、窪みおよび／または突出部を有することが特に優位である。したがって、高い負荷の影響を受ける領域において、強度が向上されることができ、しかも、負荷が小さい領域において、重量を減らすことができる。

負荷および／または減衰を好適に適合するように、仮に、少なくともいくつかのリブが、挿入部材として適用され、突出部が、これらの挿入部材とともに、少なくとも部分的に配置され、および／または、窪みが、２つの隣り合うリブの間の領域に、少なくとも部分的に配置されても優位である。

仮に、第１摩擦板および／または第２摩擦板の断面が、ブレーキディスクの径方向において変化しても、特に優位である。これに関しては、基本的に理想化された熱分布を関連する負荷とともに達成するために、ポットの方向に断面が大部分において先細りであれば、特に好ましい。

同様の目的で、仮に、第１摩擦板および／または第２摩擦板の断面が、少なくとも大部分において、楔形および／または自由な形態の幾何学構造を有していても優位である。

仮に、最短の径方向経路を通らないその後の向きが、少なくとも径方向に、拡張要素と同様に弾性を示し、拡張要素は第１メカニカルデッドタイム（Ｔ１）要素である制御工学的方式の弾性長さに沿って重なる弾性形状を有し、直線的にその後放射状に伸びる補助要素が、より強固な特性極性を有するとしても優位である。特性曲線の調整は、優位には、拡張要素のガイドカーブの向き、長さおよび／または横方向の輪郭がメカニカルデッドタイム（Ｔ１）要素特性として使用されるように、優位に行われる。

仮に、摩擦リングで、基本的に均一な熱分布を達成するように、熱流束密度が平衡するように、一対の摩擦板が、第１摩擦板および第２摩擦板を有し、この場合に、少なくとも１つの摩擦板の断面の幅が、径方向に変化し、しかも、特に、ポットに向かって減少しても優位である。したがって、優位には、摩擦リングでの負荷を大いに減少させることが可能である。この点において、仮に、第１摩擦板および／または第２摩擦板の断面が、基本的に楔形形状を持ち、および／または、自由な形態の幾何学構造を持てば、特に好ましい。

仮に、ブレーキディスクが、挿入部材が基本的に伸びる周りに回転軸を有し、挿入部材が、ポットに面する端から摩擦リングに面する端まで、大部分にて０°から４５°〜１３５°の角度範囲までに、特に、らせん状および／またはインボリュートおよび／または以下の自由な形態の幾何学構造にて伸びていれば、特に優位である。この場合に、摩擦リングに面する挿入部材の端が、特に、ホイールの進行動作に基づく回転方向に向いている。その結果、極めて均一な質量分布が、摩擦リングの径方向に生成され、同様に、摩擦リングの熱分布に好適な影響をもたらす。したがって、ホットスポット形成によるブレーキジャダは、基本的に、排除される。

多用途車のブレーキディスクの十分に高い強度を実現するために、ポットおよび／または挿入部材を、互いに重ね合わされた２枚以上の鋼板で構成するのが、特に優位である。

仮に、ポットがポットリングおよびインナーポットで作られ、圧力接合および／または形状接合を形成するように、互いにプレスされれば、重量削減のために大いに貢献する。すなわち、好適には、ポットリングおよび一対の摩擦板は、挿入部材とともに、１回の製造工程にて、特に、普通鋳鉄から鋳造されることができる。重量を減らすために、インナーポットは、特に、より軽いダイキャストアルミニウムまたはアルミニウムシートから作られ、ポットリングとの圧力接合および／または形状接合を作るために、後の製造ステップの一部としてプレスされる。

その代わりに、この目的のための鋳型が、すぐに且つ簡単に、このユニットに適合するように、ポットリングが、拡張要素として適用するいくつかの挿入部材をユニットに少なくとも連結するサポートリングとして適用されても良い。サポートリングは、特に、鋼板から、深絞りおよび／または打ち抜きによって、少なくとも拡張要素のいくつかと一体に適用されても良い。

鋳型にはめた後に、実施例では、サポートリングは、もう一度、取り除かれ、少なくとも部分的に挿入部材により形成される拡張要素の鋳造されるポットに面する端は、接合を形成するように、形状方式および／または物質間方式で鋳造する。

その代わりに、サポートリングは、鋳型に残っても良く、しかしながら、全部または少なくとも一部は、形状接合、圧力接合または物質間接合を形成するように、インナーポットおよび／またはポットとともに鋳造される。

本実施例では、さらに、インナーポットが収縮されまたは圧迫された時に、サポートリングとインナーポットまたはポットとの間に、軸方向に自由な接合またはねじれに自由な接合を形成するように、仮に、サポートリングが、少なくとも１つの窪み、穴、溝、切り込みおよび／または外形を有していれば、特に優位である。

同様に、鋳込みの際にポットに溶けるように、サポートリングは、熱変形材料（特に、ワックス）で構成されても良い。

特に、１つまたは複数の請求項に関する本発明に関するブレーキディスクでは、拡張要素を介して互いに連結される摩擦リングおよびポットを有し、後者は、０°〜３０°の角度範囲で、好ましくは５°〜１０°の角度範囲で、大部分がポットから突出する。ブレーキディスクの高強度を達成するためである。

拡張要素が、基本的には１０°〜５０°の角度範囲で、好ましくは３５°〜４０°の角度範囲で、摩擦リングに入り込むのが同様に好ましい。なぜなら、これはブレーキディスクの強度を向上する。同様に、ポットからの拡張要素の平らな出口角度および摩擦リングへの拡張要素の平らな入口角度は、ブレーキディスクの減衰特性および振動特性に好適に影響することを可能にする。一対の摩擦板を持つ摩擦リングでは、特に、比較的に平らな入口角度により、摩擦リングでの非常に均一な質量分布を達成可能である。これは、ホットスポットの形成およびブレーキジャダによる危険性を低減する。

本発明に係る挿入部材は、一対の摩擦板および／またはポットとの接続のための拡張要素および／またはリブとして適用され、摩擦板および／またはポットとの接続のための領域で、歯および／または継ぎ目を有し、歯および／または継ぎ目は、鋳込みの際に、強固な形状接合および／または物質間接合を形成する。このため、接合の不意の緩みが、優位には、大幅に除外される。この点において、仮に、歯および／または継ぎ目が、互いに交互に傾けてある一群の歯を有していれば、特に優位である。この場合に、それらは、挿入部材の全厚みに沿って突出せず、しかも依然として、鋳造工程において必要とされる継ぎ合わせ工程において、最大シート厚みに関する連結ギャップに挿入されることができる。

本発明に係るブレーキディスクの製造方法では、拡張要素は、鋳造により、摩擦リングおよび／またはポットに連結され、摩擦リングおよび／またはポットは、接続の後に、少なくとも１つ保護要素を依然として有し、保護要素とともに一体に鋳造される。優位には、保護要素は、後工程の間に、拡張要素をダメージから保護する。

ブレーキディスクの設計寸法の許容限度からのショートなしで、所望の表面仕上げを得るために、摩擦リングおよび／またはポットの表面から材料を除去するように、摩擦リングおよび／またはポットが、機械削り代と共に鋳造されることも同様に優位である。

仮に、一対の摩擦板および／またはポットに連結するための領域に、歯および／または継ぎ目を有する拡張要素が、一対の摩擦板の間および／またはポットとともに鋳造されており、この場合に、一対の摩擦板および／またはポットとともに、大部分の物質間接合および／または形状接合が、歯および／または継ぎ目とともに形成されていれば、特に好ましい。優位には、これは、ブレーキディスクの個々の要素の結合領域の高強度を実現する。その代わりに、歯および／または継ぎ目は、一対の摩擦板および／またはポットとの鋳造の際に、溶融しておよび／または基本的に溶融してなくなり、更なる物質間接合を形成する。

このため、ブレーキディスクの表面仕上げは、鋳造プロセス後に改善される。ブレーキディスクは、優位には、後処理のために、衝突材料（特に、砂利または砂）を衝突させる。この場合に、拡張要素は、保護要素により、ダメージから保護される。

後者の特性が、特に、重量および冷却特性に悪影響を及ばさないように、保護要素が、ブレーキディスクの最終工程で除去されることが、同様に優位である。

仮に、挿入部材が、個々の挿入部材がコアツール（ｃｏｒｅ ｔｏｏｌ）に導かれる前に、適宜に熱処理されていれば、更なる優位性がある。これは、特に、望ましくない早期冷却プロセス、構造欠陥および接続欠陥、およびチル化傾向および連続的腐食プロセスの発生を防ぐことを実現するように、鋳造の際に、一対の摩擦板および／またはポットとともに鋳造される領域に沿って、対応する電磁的および／または火炎的方法により行われる。

本発明の更なる優位性は、以下の実施例に記載される。

図１は、曲げならびに内部の弾性およびリブを有する拡張要素として適用される挿入部材の斜視図を示す。 図２は、冷却穴を有するリブとして適用される挿入部材の斜視図を示す。 図３は、挿入部材がポットの方向に径方向に曲げられた第１実施例に係る内部換気型ブレーキディスク斜視図を示す。 図４は、挿入部材がポットの方向に径方向に曲げられた第１実施例に係る内部換気型ブレーキディスク縦断面図を示す。 図５は、挿入部材が部分的にリブを形成するとともにらせん状に適用され、端が摩擦リングの外径に接する第１実施例に係る内部換気型ブレーキディスクの斜視図を示す。 図６は、挿入部材が摩擦リングの方向に曲げられた第２実施例に係る内部換気型ブレーキディスク斜視図を示す。 図７は挿入部材が摩擦リングの方向に曲げられた第２実施例に係る内部換気型ブレーキディスクの縦断面図を示す。 図８は、挿入部材が拡張要素および／またはリブとして適用される第２実施例に係る内部換気型ブレーキディスクの斜視図を示す。 図９は、挿入部材が、ポット、拡張要素およびいくつかのリブを形成し、挿入部材が打ち抜きまたは深絞りにより一体に適用される第３実施例に係る内部換気型ブレーキディスクの斜視図を示す。 図１０は、インナーポットが圧力接合法にてポットリングにプレスされた第３実施例に係る内部換気型ブレーキディスクの斜視図を示す。 図１１は、拡張要素を保護するための保護要素とともに製造されるブレーキディスクの斜視図を示す。 図１２は、拡張要素を保護するための保護要素とともに製造されるブレーキディスクの断面図を示す。 図１３は、径方向にプロットされた熱流束密度ならびに負荷曲線および膨張曲線を含む一対の摩擦板の断面図を示す。 図１４は、径方向にプロットされた熱流束密度ならびに負荷曲線および膨張曲線を含む一対の摩擦板の断面図を示す。 図１５は、径方向にプロットされた熱流束密度ならびに負荷曲線および膨張曲線を含む一対の摩擦板の断面図を示す。 図１６は、径方向にプロットされた熱流束密度ならびに負荷曲線および膨張曲線を含む一対の摩擦板の他の実施例の断面図を示す。 図１７は、径方向にプロットされた熱流束密度ならびに負荷曲線および膨張曲線を含む一対の摩擦板の他の実施例の断面図を示す。 図１８は、径方向にプロットされた熱流束密度ならびに負荷曲線および膨張曲線を含む一対の摩擦板の他の実施例の断面図を示す。 図１９は、窪みおよび切り込みを有するブレーキディスクの部分を示す。 図２０は、窪みおよび切り込みを有するブレーキディスクの部分を示す。 図２１は、窪みおよび切り込みを有するブレーキディスクの部分を示す。

図１は、摩擦リングおよびポットを備える複合ブレーキディスクの製造のために鋳造されることが可能な挿入部材１の斜視図を示す。挿入部材１は、拡張要素２としての部分を含む。ブレーキディスクの径方向の弾性が必然的にもたらされるように、拡張要素２は、ブレーキディスクのポットと摩擦リングとの間の最短距離よりも長い。さらに、拡張要素２は、径方向の弾性を発生するために、長手方向に湾曲を有するので、拡張要素２は、摩擦リングの熱変形に適応可能であり、このため、摩擦リングの反りは、大幅に排除される。それは、端でポットに取り付けられ、拡張要素２は、強力な拡張要素とポットとの間の形状接合（ｆｏｒｍ−ｆｉｔｔｅｄ ｂｏｎｄ）のためのホック３を有する。さらに、拡張要素２は、少なくとも部分的に、摩擦リング（好ましくは、一対の摩擦板で構成される）のためのリブ４を有し、この場合に、挿入部材１は、リブ４の領域にて、一対の摩擦板に接合するための連結面５ａ、５ｂに配置される歯６を有する。挿入部材１と一対の摩擦板との接合は、好ましくは鋳造により形成され、強力な形状接合または物質間接合（ｓｕｂｓｔａｎｃｅ−ｔｏ−ｓｕｂｓｔａｎｃｅ ｂｏｎｄ）を形成するために、歯６は、全部または一部が、一対の摩擦板に融合する。

さらに、挿入部材１は、リブ４の領域に、ブレーキディスクの良好な冷却を実現するための冷却穴７を有する。本実施例では、冷却穴は、挿入部材１の軸方向の弾性を向上させるために平行四辺形であり、リブ４の領域に形成される。ブレーキ動作の重大な問題は、リブにより引き起こされる摩擦リング内の物質の不均一な分布によりブレーキがかけられたときに、一対の摩擦板の表面が不均一に変形することである。この結果は、望まれないブレーキジャダであり、ブレーキ力が与えられる方向を横切る方向に、リブ４の領域の挿入部材１を調整することにより、対応して形成された冷却穴７がブレーキジャダを大いに減少する。しかしながら、図２または３に示すように、冷却穴７は、挿入部材１の軸方向の弾性を調整するために、四角形または円形であっても良い。その代わりに又は重畳的に、挿入部材１のリブ４は、同じ目的のために、長手方向に、ねじれ又は曲げを有しても良い。

図２は、一対の摩擦板に接続するためのリブ４として適用する挿入部材１を示す。これを完成するために、一対の摩擦板に面するリブ４の連結面５ａ、５ｂは、一対の摩擦板が鋳造により接合される際に、全部または一部が溶融する歯６を有し、強力な物質間接合または形状接合を形成する。加熱からホイール軸受を守るために、リブ４は、湾曲形状を有するので、回転している際に、ポットの方向に冷気（ｃｏｌｄ ａｉｒ）を供給することができる。さらに、本実施例では、リブ４は、挿入部材１の軸方向の弾性を減少するための四角形の冷却穴７を有する。

図３および４は、ポット９および摩擦リング１０を有する内部換気型ブレーキディスク８の斜視図および縦断面図を示し、この場合に、摩擦リング１０は、リブ４を介して互いに連結される一対の摩擦板１１ａ，１１ｂを有する。ポット９の外周に沿って、図１の実施例に示す挿入部材１が、放射状に弾性を持って、ポット９を摩擦リング１０に接続するように配置される。これを達成するために、挿入部材１は、ポット９に面する端で、ホック３に形状接続される拡張要素２を有する。摩擦リング１０の領域では、挿入部材１は、リブ４として適用され、一対の摩擦板１１ａ，１１ｂが面する連結面５ａ、５ｂでは、それらは歯６を有し、形状接合および／または物質間接合が形成される際に、それらは少なくとも部分的に溶融する。温度ストレスに対応するために、挿入部材１は、リブ４の領域に、円形の冷却穴７を有する。さらに、ポット９は、ブレーキディスク８の重量を削減するために、挿入部材１との接続領域で、その外周に、マテリアルフリースペース１２（ｍａｔｅｒｉａｌ−ｆｒｅｅ ｓｐａｃｅ）を有する。これにより、ポット９は、のこぎり刃に似た形状を得る。

図４に示すように、挿入部材１は、ポット９に面する端部からポット９から離れる方向の端部まで、約１５０°の角度範囲で螺旋状に伸びる。好適には、この結果、ブレーキディスク８の領域で、良好な質量分布が実現され、好ましくないホットスポット形成により引き起こされるブレーキジャダが、大幅に除去される。これを実現するために、挿入部材１が、ポット９の外周に対して、好ましくは５°〜１０°の角度範囲の平らな角度（ｆｌａｔ ａｎｇｌｅ）で突出し、しかも摩擦リング１０の内周に対して、好ましくは３５°〜４０°の角度範囲の鋭角で挿入する必要がある。これは、特に、ブレーキディスクの減衰特性、振動特性、強度に好適に影響する利点がある。

図５は、図３および４に記載の第１実施例に係る内部換気型ブレーキディスク８の斜視図を示し、らせん状に伸び且つポット９の方向に曲げられた挿入部材１を有する。図３および４と比較して、挿入部材１は、部分的なリブ４a、４ｂを形成する。リブ４a、４ｂは、複数の部分を含み、リブ４ａの第１部分は、一対の摩擦板１１ａ，１１ｂとともに一体に鋳造される。リブ４ｂの第２部分は、挿入部材１により形成される。さらに、リブ４a、４ｂは窪み１３を有し、このリブ４ａ、４ｂの窪み１３は、特に、ブレーキディスク８の重量を削減し、しかも、減衰特性、振動特性にも影響する。

図６および７に示す第２実施例では、内部換気型ブレーキディスク８の挿入部材１が、図３，４および５に示す第１実施例のようにらせん状に伸びないように、しかしながら、外側に曲げられており（インボリュート曲線のように、特に、自由な形態の幾何学構造）、このようにして、摩擦リング１０に向く。さらに、リブ４は一つの部材であり、この場合に、これらは、挿入部材１に一体に形成され、または、一対の摩擦板１１ａ，１１ｂとともに一体に鋳造される。本実施例でも、挿入部材１は、拡張要素２を含み、ポット９を摩擦リング１０に径方向に弾性に連結する。挿入部材１と一対の摩擦板１１ａ，１１ｂとの間の接合は、ポット９と同様に、鋳造技術プロセスで形成される形状接合または物質間である。

図７に示すように、拡張要素２（ここでは、挿入部材１としての拡張要素）は、ポット９から、基本的には０°〜３０°の角度範囲で、好ましくは５°〜１０°の角度範囲で、突出する。さらに、それらは、比較的に平らな１０°〜５０°の角度範囲で、好ましくは３５°〜４０°の角度範囲で、摩擦リング１０に入り込む。これにより、ブレーキディスク８は、強度が増し、リブ４（挿入部材１に部分的に形成される）は、非常に好適な質量分布を達成する。

図８は、第２実施例に基づく内部換気型ブレーキディスク８を示し、リブ４の全てが、挿入部材１ａ，１ｂにより形成されることを特徴とする。ここで、図１に示す実施例に係る挿入部材１ａは、拡張要素２およびリブ４を有する。図２に示す実施例に係る挿入部材１ｂは、リブのみである。その結果として、挿入部材１ａ，１ｂのためのブレーキディスク８の重量の最適化に関して、より軽い材料を使用することができる（特に、ステンレス鋼であり、より強度が高い鋼板）。

図３〜８に示すブレーキディスク８は、鋳造法により製造される。この場合、挿入部材１は、歯６の配置と共に、深絞り、打ち抜き、折り曲げおよび／または継ぎ合わせによる前工程により製造される。その後、挿入部材１は、ポット９および摩擦リング１０を形成するために、普通鋳鉄にて、形状接合および／または物質間接合により鋳直される。しかしながら、その代わりに、ポット９の重量を減らすために、摩擦リング１０は、まず、単に、普通鋳鉄から鋳造され、その後にアルミニウムで覆われても良い。

その代わりに、図９に示すように、挿入部材１は、特にステンレス鋼で、ポットとともに一体に製造されても良い。挿入部材１は、このようにして、ポット９、拡張要素２およびいくつかのリブ４を含み一体に構成される。第２加工工程は、リブ４の領域で、挿入部材１を一対の摩擦板１１ａ，１１ｂとともに鋳造し、リブ４の部分は、一対の摩擦板１１ａ，１１ｂとともに一体に鋳造される。

ブレーキディスク８の他の実施例を図１０に示す。この場合は、図３，４，５，６，７および８に示すブレーキディスク８の変形例に類似しており、挿入部材１は、鋳造により、一対の摩擦板１１ａ，１１ｂおよびポット９とともに、形状接合および／または物質間接合される。しかしながら、この場合、ポット９は、ポットリング１４およびインナーポット１５を含んで作られる。好ましくは、インナーポット１５は、鋳造（特に、アルミダイキャスト）により接合されるように、より高額で面倒な方法で、より軽い材料から作られ、そして、挿入部材１が、一対の摩擦板１１ａ，１１ｂおよびポットリング１４に、鋳造により接合された後にのみ、ポットリング１４上に、形状接合および／または物質間接合により圧入される。比較的軽い重量のインナーポット１５は、ブレーキディスク８の大幅な重量削減を達成することを可能にする。

他の実施例（不図示）では、ポットリング１４は、サポートリング１４’として適用されることができ、基本的に、膨張部とともに一体に提供される挿入部材１を構成する。サポートリング１４’および一対の摩擦板１１ａ，１１ｂが（特に、同じ材料から）鋳造された後に、重量を減らすために、インナーポット１５をサポートリング１４’とともに、他の材料（好ましくは、アルミニウム）から、その後に鋳造する可能性がある。さらに、サポートリング１４’とインナーポット１５との間の接続は、形状嵌めおよび／または圧力嵌めにより行うことができる。たとえば、プレスまたは収縮のような結合方法および／または少なくともトーションサポート（ｔｏｒｓｉｏｎ−ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ）連結要素（不図示）を使用する。

図１１および図１２は、製造されるブレーキディスク８の斜視図および断面を示し、挿入部材１は、一対の摩擦板１１ａ，１１ｂおよびポット９とともに再度鋳造される。ここで、一対の摩擦板１１ａ，１１ｂは、理想的な表面仕上げを達成するために、後工程で除去される追加処理１７a、１７ｂを備える。これは、高速でブレーキディスク８に打ち付ける衝突材料（特に、砂利または砂）により行われる。この下流工程にて、挿入部材１の拡張要素２が損傷しないように、ブレーキディスク８は、保護要素１６ａ，１６ｂを有し、保護要素１６ａ，１６ｂを有する摩擦リングおよび／またはポットは、上流の鋳造工程で一体に鋳造される。保護要素１６は、ブレーキディスク８の工程を完成するために設けられる。

図１２に詳細に記載があるように、挿入部材１の歯６（図１参照）は、一対の摩擦板１１ａ，１１ｂとの確実な連結（少なくとも部分）が存在するように、連結面５ａ、５ｂの上で少なくとも部分的に溶融する。

図１３，１４および１５は、一対の摩擦板１１ａ，１１ｂの断面と、熱流束密度、負荷および伸長方向を表すグラフとを示す。この場合、径方向に機能的に表される自由曲線の形状に設計された断面により、径方向に増加する熱流束密度に関して、熱誘導負荷に対する理想的な抵抗を有するように、一対の摩擦板１１ａ，１１ｂの断面の方向は、径方向に合わせられている。

図１６，１７および１８は、一対の摩擦板の他の実施例を詳細に示し、径方向にプロットされた熱流束密度とともに、負荷および伸長の方向を示す。ここでは、摩擦板１１ａ，１１ｂの内側表面が、自由な形態の幾何学構造を持つ。

一対の摩擦板１１ａ，１１ｂの断面に形成され、内面の熱遷移を促進する機能設計は、特に、少なくとも３次以上の放物線で代表され、窪みおよび／または隆起による変曲点の前で重なり合い、表面を強化し対流を強化する。この場合に、大幅な輪郭の変形が、適切な鋳造により得られるデザインにより防がれる。

必要な領域では、特に、摩擦リング領域の外側に向かって、自由曲線のように設計されたこの内面は、材料の厚みによる熱流束密度の増加とともに効果的な抵抗を実現し、一対の摩擦リング１１ａ，１１ｂの軸方向への傾きを大いに排除するために、軸ｒに垂直に曲げられる。このため大部分が負荷の偏りを排除するとともにブレーキパッドの摩擦摩耗を高める。

一対の摩擦板１１ａ，１１ｂの間には、冷却チャンネル１８を有する。径方向に増加する熱流束密度の負荷を受ける一対の摩擦板１１ａ，１１ｂは、理想化された流体技術による放熱流体のために、一対の摩擦板１１ａ，１１ｂが、特に、エアの流れおよび理想的な熱遷移により、緩和されるように設計される。さらに、ブレーキディスクの冷却チャンネル１８は、いかなる場合であっても冷却チャンネル１８の理想的な循環を実現するために、固定要素を有さない。

図１９，２０および２１は、ブレーキディスク８の部分の領域を示し、窪み１９の複数の断面図を示す。ブレーキディスクの重量削減に関して、重量および最大の安定性の最高の組み合わせを達成するために、ここでは、特に窪み１９により、第１摩擦板１１ａおよび／または第２摩擦板１１ｂの断面が、特に、その幅について、ブレーキディスク８の周囲の方向で変化すると認識される。さらに、ブレーキディスクの減衰特性が、これにより理想化されることができる。

なお、本発明は、記載された実施例に限定されない。さらに、特許請求の範囲、明細書および図に示された上述の個々の特徴の組み合わせは、対応する組み合わせが技術的に可能であったり、合理的であるならば、本発明の目的の範囲内である。

Claims (15)

1. 動力車および多用途車のためのブレーキディスク（８）であって、
   リブ（４）を介して互いに連結された一対の摩擦板（１１ａ；１１ｂ）からなる摩擦リング（１０）と、
   前記リブ（４）と拡張要素（２）からなる挿入部材（１）と、
   ポット（９）とを含み、
   前記拡張要素（２）は、前記ポット（９）の外周に放射状に配置され、前記ポット（９）から離れる方向の端で前記摩擦リング（１０）に接続され、
   前記拡張要素（２）は、前記摩擦リング（１０）の熱変形に対応できるように、前記ポット（９）と前記摩擦リング（１０）との間の最短距離よりも長く、径方向に弾性を有し、
   前記挿入部材（１）は、曲げ形状を有し、径方向および円周方向に伸び、
   前記摩擦リング（１０）および前記挿入部材（１）は、異なる材料から作られ、
   前記挿入部材（１）と前記一対の摩擦板（１１ａ；１１ｂ）は、接続されていることを特徴とするブレーキディスク。
2. 請求項１に記載のブレーキディスクであって、
   前記挿入部材（１）は、形状接合または物質間接合により、前記一対の摩擦板（１１ａ；１１ｂ）および／または前記ポット（９）に接続されることを特徴とするブレーキディスク。
3. 請求項１または２に記載のブレーキディスクであって、
   前記挿入部材（１）は、前記一対の摩擦板（１１ａ；１１ｂ）の接続のための少なくとも２つの連結面（５ａ；５ｂ）を持ち、この場合に、前記連結面（５ａ；５ｂ）は、少なくとも、前記連結面（５ａ；５ｂ）の上に配置された継ぎ目および／または歯（６）を有し、前記歯（６）は、一群の歯を有することを特徴とするブレーキディスク。
4. 請求項１〜３の何れかに記載のブレーキディスクであって、
   少なくとも、前記挿入部材（１）のいくつかは、前記一対の摩擦板（１１ａ；１１ｂ）の領域に、軸方向の弾性を持ち、前記挿入部材（１）は、その断面に、曲げおよび／またはねじれを持つことを特徴とするブレーキディスク。
5. 請求項１〜４の何れかに記載のブレーキディスクであって、
   前記挿入部材（１）は、前記一対の摩擦板（１１ａ；１１ｂ）の領域に、冷却穴（７）を有することを特徴とするブレーキディスク。
6. 請求項５に記載のブレーキディスクであって、
   前記冷却穴（７）は、軸方向に弾性を持ち、しかも、大部分が楕円形および／または平行四辺形の輪郭を持つことを特徴とするブレーキディスク。
7. 請求項１〜６の何れかに記載のブレーキディスクであって、
   前記ポット（９）は、その外周側および／または内周側にマテリアルフリースペース（１２）を持つことを特徴とするブレーキディスク。
8. 請求項１〜７の何れかに記載のブレーキディスク（８）であって、
   拡張要素（２）により互いが連結される一対の摩擦板（１１ａ；１１ｂ）およびポット（９）を有し、
   前記一対の摩擦板（１１ａ；１１ｂ）は、リブ（４）により互いに連結される第１摩擦板（１１ａ）および第２摩擦板（１１ｂ）を有し、
   前記第１摩擦板（１１ａ）の断面および／または前記第２摩擦板（１１ｂ）の断面は、その厚みに関して、前記ブレーキディスク（８）の外周方向に変化することを特徴とするブレーキディスク（８）。
9. 請求項１〜８の何れかに記載のブレーキディスクであって、
   前記一対の摩擦板（１１ａ；１１ｂ）の断面が、前記ブレーキディスク（８）の外周方向に変化するように、前記第１摩擦板（１１ａ）および／または前記第２摩擦板（１１ｂ）は、前記リブ（４）に面する端および／または前記リブ（４）から離れる方向にある端に、窪み（１９）および／または隆起を持つことを特徴とするブレーキディスク。
10. 請求項９に記載のブレーキディスクであって、
    前記リブ（４）の少なくともいくつかは、挿入部材（１）として適用され、前記隆起は、当該挿入部材（１）の接続領域に少なくとも部分的に配置され、および／または、前記窪み（１９）は、２つの隣り合うリブ（４）の間の領域に少なくとも部分的に配置されることを特徴とするブレーキディスク。
11. 請求項９または１０に記載のブレーキディスクであって、
    前記第１摩擦板（１１ａ）の断面および／または前記第２摩擦板（１１ｂ）断面が、前記ブレーキディスク（８）の径方向に変化し、この場合に、前記断面は、前記ポット（９）の方向に先細りであることを特徴とするブレーキディスク。
12. 請求項９〜１１の何れかに記載のブレーキディスクであって、
    前記第１摩擦板（１１ａ）および／または前記第２摩擦板（１１ｂ）は、断面において、少なくとも部分的にくさび形状であることを特徴とするブレーキディスク。
13. 請求項１〜１２の何れかに記載のブレーキディスク（８）であって、
    拡張要素（２）により互いに連結される摩擦リング（１０）およびポット（９）を有し、
    前記拡張要素（２）は、前記ポット（９）から０°〜３０°の角度範囲で突出することを特徴とするブレーキディスク。
14. 請求項１〜１３の何れかに記載のブレーキディスクであって、
    前記拡張要素（２）は、前記摩擦リング（１０）に１０°〜５０°の角度範囲で入り込むことを特徴とするブレーキディスク。
15. 請求項１〜１２の何れかに記載の挿入部材（１）であって、
    拡張要素（２）およびリブ（４）として適用され、一対の摩擦板（１１ａ；１１ｂ）および／またはポット（９）に連結するための挿入部材であり、
    前記挿入部材（１）は、前記一対の摩擦板（１１ａ；１１ｂ）および／または前記ポット（９）との接続のための領域に、歯（６）またはひとそろいの歯を有し、前記一対の摩擦板（１１ａ；１１ｂ）および／または前記ポット（９）との鋳造の際に、強力な形状接合および／または物質間接合を形成することを特徴とする挿入部材。

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