WO2022029241A1

WO2022029241A1 - Aussenbeluefteter rotor

Info

Publication number: WO2022029241A1
Application number: PCT/EP2021/071903
Authority: WO
Inventors: Viktor Martel
Original assignee: Brembo Sgl Carbon Ceramic Brakes Gmbh
Priority date: 2020-08-06
Filing date: 2021-08-05
Publication date: 2022-02-10
Also published as: DE102020209964A1; EP4193077A1

Abstract

Rotor (1) aufweisend eine Reibfläche (2) und einen Luftleitkanal (3), der zwischen Luftleitwänden (6) von einer näher an der Rotationsachse liegenden ersten Luftleitkanalmündung (4) zu einer weiter von der Rotationsachse entfernt liegenden zweiten Luftleitkanalmündung (5) verläuft, wobei die beiden Luftleitkanalmündungen zueinander in Rotationsrichtung versetzt sind und eine der Luftleitkanalmündungen in die Reibfläche mündet und der Luftleitkanal (3) nicht von der einen Hauptoberfläche des Rotors zu der zweiten Hauptoberfläche des Rotors hindurchführt.

Description

AUSSENBELUEFTETER ROTOR

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Rotor, z.B. Bremsscheibenrotor, und Verwendungen dieses Rotors.

Bei der Verwendung von Bremsscheiben erhitzen sich diese häufig auf mehrere hundert °C. Die Hitze ändert die Eigenschaften der Bremsscheibe und kann zum Versagen führen. Deshalb ist eine Belüftung zur Kühlung notwendig und es wurden unterschiedlichste Konzepte zum Abführen der beim Bremsen entstehenden Hitze entwickelt.

Die Offenlegungsschrift DE 28 11 386 beschreibt eine Felge, die eine Turbowirkung aufweist. Sie schaufelt die heiße Luft, die beim Bremsen erzeugt wird, durch im spitzen Winkel zur Bremsscheibe angeordnete Schaufelflächen von der Innenseite nach außen.

EP 1747910 A2 schlägt ein Fahrzeugrad mit Ventilatorwirkung vor, wobei die Speichen als Turbinenblätter ausgebildet sind. Dadurch soll ein Luftstrom erzeugt werden, der die von Scheibenbremsen erzeugte Hitze abführt. Das hier vorgeschlagene Fahrzeugrad hat den Nachteil, dass die Speichen zugleich auch so ausgebildet werden müssen, dass die Felge weitere Eigenschaften erfüllt. Zu diesen gehören Stabilität, Leichtigkeit und Ästhetik. Eine Optimierung der Kühlwirkung ist ohne Beeinträchtigung dieser Eigenschaften nicht möglich.

Bei dem in der Offenlegungsschrift DE 3724925 A1 vorgeschlagenen Rad sind in der Radscheibe zwei gegensinnig fördernde Luftschaufelkränze, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen, angeordnet. Der radial innere Luftschaufelkranz fördert Luft von der Radaußenseite zu der Radinnenseite und der radial äußere Luftschaufelkranz fördert Luft von der Radinnenseite zu der Radaußenseite, um eine gute Bremsen- und Radkühlung zu erzielen. Eine Optimierung der Kühlwirkung ist jedoch auch bei diesem Rad ohne Auswirkung auf andere Eigenschaften, wie Stabilität, Leichtigkeit und Ästhetik, nicht möglich. Ähnliche Nachteile ergeben sich auch bei der in der Offenlegungsschrift DE 10 2012 024 189 A1 beschriebenen Felge, bei der jede einzelne Speiche die Form einer Impellerschaufel hat.

CN 108556561 A wendet sich der Aufgabe zu, in Fahrsituationen wie z.B. auf der Autobahn, also bei hoher Geschwindigkeit und seltenen Bremsvorgängen, den Luftwiederstand des Rades zu verringern. Dazu wird vorgeschlagen, an rotierbaren Stangen angebrachte Flügel in das Rad so zu integrieren, dass das Rad je nach Ausrichtung der Flügel, einen geschlossen oder einen geöffneten Zustand einnehmen kann. Die Ausrichtung der Flügel soll durch Flüssigkeitswandlerzylinder gesteuert werden. Die rotierbaren Stangen sollen je in der Nähe der Achse und weiter außen gelagert sein. Folglich ist eine Optimierung von Luftwiederstand und Kühlwirkung auch hier nicht ohne Auswirkung auf die oben genannten, anderen Eigenschaften möglich.

CN 108482344 A beschreibt eine Reifen-Kühlvorrichtung, die hitzebedingte Löcher im Reifen verhindern soll, die im Sommer bei intensiver Nutzung des Fahrzeugs entstehen können. Die Vorrichtung umfasst: eine Vielzahl von geformten Schaufeln, wobei die Vielzahl von geformten Schaufeln von außen nach innen oder von innen nach außen in einen axial über den Reifen hinausstehenden Felgenbereich eingebracht werden sollen. Jede der geformten Schaufeln wird zum Sammeln von Wind verwendet, wenn sich der Reifen dreht. Die Schaufeln sind mit Drähten befestigt.

Die Offenlegungsschrift DE 102009 010 973 A1 betrifft eine innenbelüftete

Bremsscheibe mit an der Bremsscheibe befestigten Luftschaufeln, die sich im Wesentlichen vom Innenumfang eines Reibrings ausgehend in Radialrichtung um ein gewisses Maß in Richtung der Drehachse der Bremsscheibe erstrecken, um bei rotierender Bremsscheibe durch den Raum zwischen den Reibungen einen Kühlluftstrom zu fördern.

DE 196 52 464 A1 beschreibt eine zusammengesetzte Bremsscheibe. Der Boden des äußeren, topfförmigen Nabenteils dient der Anbindung eines Fahrzeugrads. Hierzu ist im Boden eine Mittenöffnung sowie eine Mehrzahl von Befestigungslöchern für Radschrauben vorgesehen. Wenn das Rad angebunden ist, sind diese Öffnungen also verschlossen. Das äußere, topfförmige Nabenteil kann Ausstanzungen aufweisen, durch die laschenförmige, abgebogene Luftleitelemente gebildet werden. Sie haben die Form von Luftleitschaufeln. Ein mit Hilfe der Luftleitschaufeln gebildeter Kühlluftstrom von der Innenseite des Topfes an die äußere Seitenfläche des Reibrings kann also nur gespeist werden durch Luft, die von der einen, dem Fahrzeug zugewandten Hauptfläche des Rotors, zu der zweiten, vom Fahrzeug abgewandten Hauptfläche des Rotors hindurchführt.

Die Offenlegungsschrift 25 57 649 (DT 25 57 649 A1 ) beschreibt eine Bremsscheibe mit Innentopf. Zur Verbindung des Innentopfes mit der Reibscheibe sind mehrerer über den Umfang des Innentopfes verteilt angeordnete Rippen vorhanden. Die Rippen dienen der Verbindung von Innentopf und Reibscheibe und sollen Wärmespannungen entgegenwirken.

GB 2540631 A schlägt vor, eine innenbelüftete Bremsscheibe mit einer inneren Belüftungsstruktur zu versehen, die vom Reibring getrennt ist Luftleitschaufeln der inneren Belüftungsstruktur sollen Kanäle definieren, die zu den in der Reibscheibe vorliegenden Kanälen ausgerichtet werden können.

Die Bremsscheibe, die in der Offenlegungsschrift DE 10 2008 016 037 A1 beschrieben ist, weist einen innenbelüfteten Reibring und einen Topf auf. Rippen, die zur Verbindung des innenbelüfteten Reibrings mit dem Topf dienen, erstrecken sich in den zwischen den Reibringen liegenden innenbelüfteten Bereich hinein.

Die Wärme entsteht beim Bremsen dort, wo die Bremsbeläge auf den Reibflächen aufgepresst werden. Die im Stand der Technik beschriebenen Konzepte zur Kühlung haben den Nachteil, dass eine Kühlung hauptsächlich nicht exakt an der Stelle der Wärmeentstehung erfolgt, sondern z.B. im inneren einer (innenbelüfteten) Bremsscheibe. Dorthin muss die Wärme jedoch zunächst übertragen werden. Ein effizienter Wärmefluss in den innenbelüfteten Kanal setzt wiederum eine hohe Temperatur an der Reibfläche voraus, die allerdings im Hinblick auf die Wirkung und Langlebigkeit der Bremse vermieden werden sollte. Im Stand der Technik wurde noch kein zufriedenstellender Rotor vorgeschlagen, der eine Wärmeabfuhr direkt vom Ort der Wärmeentstehung ermöglicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor bereitzustellen, der eine hervorragende Kühlung mit minimalem Aufwand ermöglicht. Er soll mit gängigen Felgen kombiniert bzw. verwirklicht werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Rotor aufweisend eine Reibfläche und einen Luftleitkanal, der zwischen Luftleitwänden von einer näher an der Rotationsachse liegenden ersten Luftleitkanalmündung zu einer weiter von der Rotationsachse entfernt liegenden zweiten Luftleitkanalmündung verläuft, wobei die beiden Luftleitkanalmündungen zueinander in Rotationsrichtung versetzt sind und eine der Luftleitkanalmündungen in die Reibfläche mündet und der Luftleitkanal nicht von der einen Hauptoberfläche des Rotors zu der zweiten Hauptoberfläche des Rotors hindurchführt. Dies bewirkt, dass Luft bei Rotation über die Luftleitkanäle auf die Reibflächen des Rotors und der Bremsbeläge gefördert wird und die Luft zur Kühlung auf einfachem Wege zu und abströmen kann, ohne durch die Scheibe hindurchgeführt werden zu müssen. So wird eine hervorragende Kühlung mit minimalem Aufwand ermöglicht. Einschränkungen für die Auswahl einer Felge ergeben sich durch den erfindungsgemäßen Rotor nicht.

Mit dem Begriff Rotor ist hier insbesondere ein Bremsscheibenrotor gemeint, wie er z.B. in Bremssystemen von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt. Mit der Reibfläche ist derjenige Bereich des Rotors gemeint, an dem ein Bremsbelag aufsetzt. Die Reibfläche kann eine Reibschicht aufweisen. Mit „aufweisend eine Reibfläche ist“ gemeint, dass der Rotor mindestens eine Reibfläche hat. Es versteht sich, dass Rotoren in der Regel zwei Reibflächen haben, je eine an je einer der beiden Hauptoberflächen des Rotors.

Die Luftleitwände, zwischen denen der Luftleitkanal liegt, können aus jedem hinreichend festen Material gebildet sein, z.B. aus einem Material des Scheibenelements oder auch aus dem Material eines Trägers, wie auch aus den Figuren und der zugehörigen Beschreibung deutlich wird. Bei bevorzugten erfindungsgemäßen Rotoren befinden sich zwischen benachbarten Luftleitkanälen Stege, wobei eine Wand des Stegs eine Luftleitwand des einen Luftleitkanals und die andere Wand des Stegs eine Luftleitwand des anderen Luftleitkanals bildet.

Der Luftleitkanal verläuft von einer näher an der Rotationsachse liegenden ersten Luftleitkanalmündung zu einer weiter von der Rotationsachse entfernt liegenden zweiten Luftleitkanalmündung. Der Begriff Mündung impliziert im Zusammenhang mit der Erfindung keine Fließrichtung. Es versteht sich, dass Luft prinzipiell in beiden Richtungen durch den Luftleitkanal fließen kann. Luft kann wegen der sich bei Rotation des Rotors einstellenden Druckverhältnisse von der näher an der Rotationsachse liegenden ersten Luftleitkanalmündung zu der weiter von der Rotationsachse entfernt liegenden zweiten Luftleitkanalmündung strömen, oder umgekehrt, je nach der konkreten Ausbildung des Luftleitkanals / der Luftleitkanäle und der Rotationsrichtung des Rotors. Im Allgemeinen weist der Rotor eine Vielzahl an Luftleitkanälen auf. Dabei verläuft jeder Luftleitkanal im Wesentlichen bevorzugt parallel zu zwei benachbarten Luftleitkanälen. Im Wesentlichen parallel bedeutet, dass die beiden zueinander nächsten Luftleitwände zweier Luftleitkanäle (z.B. die beiden Wände eines zwischen zwei Luftleitkanälen angeordneten Stegs), in wenigstens einem Bereich des Stegs einen Winkel von weniger als 15 ° zueinander einnehmen. Dies wird bestimmt, indem man die Stege halb abträgt. Anschließend werden die beiden annähernd rechtwinkligen Kanten des halb abgetragenen Stegs im Übergang zu den beiden Wänden des Stegs durch eine Vielzahl von Geraden angenähert. Nehmen zwei Geraden, die an gegenüberliegenden Stellen der beiden Kanten anliegen, einen Winkel von weniger als 15° zueinander ein, verlaufen die beiden an den Steg angrenzenden Luftleitkanäle im Wesentlichen parallel zueinander.

Erfindungsgemäß sind die Luftleitkanalmündungen zueinander in Rotationsrichtung versetzt, bevorzugt um mindestens 5°, besonders bevorzugt um mindestens 8°, z.B. um mindestens 12°, wenn die äußere Luftleitkanalmündung in die Reibfläche mündet. Sie sind zueinander in Rotationsrichtung bevorzugt um mindestens 1 °, besonders bevorzugt um mindestens 2°, z.B. um mindestens 3° versetzt, wenn die äußere Luftleitkanalmündung in die Reibfläche mündet. Zueinander in Rotationsrichtung versetzt sind Luftleitkanalmündungen, wenn eine Luftleitkanalmündung bei Rotation um die Achse des Rotors einen minimalen Abstand zu einer gedachten, parallel zur Rotationsachse liegenden Ebene bei einem anderen Rotationswinkel einnimmt, als eine andere Luftleitkanalmündung. Als zueinander versetzt gelten Luftleitkanalmündungen, sobald die Mitten beider Mündungen zueinander versetzt sind. Die Mitte einer Mündung ist von beiden Enden der Luftleitwände des Kühlkanals gleich weit entfernt.

Ein bevorzugter, erfindungsgemäßer Rotor umfasst ein Scheibenelement, z.B. einen Reibring, und einen an dem Scheibenelement angeordneten Träger, wobei an einer Oberfläche des Scheibenelements die Reibfläche ausgebildet ist und die zweite Luftleitkanalmündung in die Reibfläche mündet. Dies bewirkt, dass auf der Reibfläche die erzwungene Konvektion verbessert wird. Dadurch wird die Wärme, die beim Bremsvorgang an den Reibflächen entsteht, bei Rotation besser auf die aus dem Luftleitkanal ausströmende Luft übertragen wird. Dadurch verringert sich die Temperatur im Bremssystem und die Effizienz des Bremssystems wird weiter gesteigert. Im Übergang Träger zu Scheibenelement kann ein Absatz vorliegen. Dies schließt die Angabe, dass eine Luftleitkanalmündung in die Reibfläche mündet, nicht aus.

Als Träger kommt dabei jedes Bauteil in Betracht, über welches das Scheibenelement mit einer Achse so fest verbunden werden kann, dass eine Reibung auf der Reibfläche zu einer Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit der Achse führt. Die Achse kann z.B. eine Achse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines PKW, sein.

Der Träger kann kraftschlüssig oder formschlüssig, bevorzugt kraftschlüssig, mit dem Scheibenelement verbunden sein. Dies bewirkt, dass der Freiheitsgrad in der Gestaltung des Rotors unabhängig vom Scheibenelement - und dessen aufwändigem, etablierten und ggf. wenig flexiblen Herstellungsprozesses - gegeben ist. Dadurch kann dasselbe, teuer herzustellende Scheibenelement durch spezifische Anpassung des kostengünstiger herzustellenden Trägers auf unterschiedliche Fahrzeuge angepasst und montiert werden.

Der Träger kann die Luftleitwände umfassen, zwischen denen der Luftleitkanal verläuft. Die Luftleitwände sorgen bei Rotation für eine erzwungene Bewegung der Luft durch die Luftleitkanäle auf die Reibfläche oder Reibflächen. Die Höhe der Luftleitwände bzw. der Stege verbessert zudem die Steifigkeit des Trägers, was zu einer höheren Sicherheit und verbesserten Bremseigenschaften führt, bei gleichzeitig besonders geringer Erhöhung der Gesamtmasse. Die Vergrößerung der Oberfläche führt zudem zu einer verbesserten Konvektion des Trägers, also zu einer verbesserten Übertragung von Wärme vom Träger an die Luft. Der Träger hat eine vergrößerte Oberfläche. Insbesondere bei starkem und wiederholtem Bremsen wird ein Träger auch über 200 °C heiß. Er wird wegen dessen thermischen Kontakts zu den Reibflächen ebenfalls erwärmt. Je nach Material des Trägers kann sich eine zu starke Erwärmung negativ auf dessen Festigkeit auswirken. Das Risiko des Versagens des Trägers wird also bei besonders häufigem und starkem Bremsen weiter verringert.

Es ist bevorzugt, wenn die Trägeroberfläche auf einer Seite des Trägers, an der die Luftleitwände und die zwischen den Luftleitwänden verlaufenden Luftleitkanäle ausgebildet sind, mindestens 125 %, bevorzugt mindestens 140 %, besonders bevorzugt mindestens 150 % der Projektionsfläche des Trägers, bei Projektion in axialer Richtung, beträgt. Projektion in axialer Richtung bedeutet, dass der Träger in Richtung der Rotationsachse des Rotors projiziert wird. Die Projektion erfolgt mit parallel verlaufenden Strahlen in eine gedachte, orthogonal zur Rotationsachse ausgerichtete Ebene (Orthogonalprojektion). Die Projektionsfläche des Trägers ist die Fläche, die von den parallel verlaufenden Strahlen nicht erreicht wird. In die Trägeroberfläche gehen alle Flächen an der Trägeroberfläche ein, unabhängig von deren Orientierung, also z.B. auch Flächen von Luftleitwänden. Sind im Träger Öffnungen für Befestigungsmittel (z.B. Schrauben) vorhanden, erfolgt die Orthogonalprojektion und die Bestimmung der Trägeroberfläche mit eingebrachten Befestigungsmitteln. Die Oberfläche des Trägers ist dann durch Luftleitwände besonders stark vergrößert. Der Träger vermag mehr Wärme abzustrahlen und mehr Luft über die Reibfläche zu fördern. Außerdem kann die Steifigkeit des Rotors gesteigert werden, wenn ein hoher Teil der Trägeroberfläche auf Luftleitwände entfällt, da diese an Stegen ausgebildet sein können, die den Träger versteifen.

Es ist bevorzugt, wenn ein Befestigungselement (z.B. Schraube) sich von einem zwischen zwei Luftleitkanalwänden liegenden Luftleitkanalboden bis in das Scheibenelement hinein erstreckt. Dies bewirkt, dass die Befestigungselemente platzsparend positioniert werden können und kürzere Befestigungselemente verwendet werden können.

Der Träger kenn eine dem Scheibenelement zugewandte Trägeroberfläche und eine von dem Scheibenelement abgewandte Trägeroberfläche aufweisen und die beiden Luftleitkanalmündungen können an der von dem Scheibenelement abgewandten Trägeroberfläche ausgebildet sein. Dies bewirkt, dass Luft, die sich im Felgeninnenraum befindet, umgewälzt und zur Kühlung auf die Reibfläche gelenkt wird.

Ohnehin vorhandene Lufteinlässe von der Fahrzeugfront in den Radkasten führen tendenziell zu einer stärkeren Kühlung der Reibfläche des Scheibenelements, die dem inneren des Radkastens zugewandt. Denn die Reibfläche, die der Fahrzeugaußenseite zugewandt ist, gelangt wenig Luft von außen. Tendenziell strömt Luft durch die Felge aus. Wenn die beiden Luftleitkanalmündungen an der von dem Scheibenelement abgewandten Trägeroberfläche ausgebildet sind, werden also Temperaturgradienten verringert, die von einer Reibfläche zur anderen Reibfläche des Scheibenelements auftreten können.

Der Rotor kann einen oder mehrere Luftdurchlässe aufweisen, die den Rotor in axialer Richtung durchdringen. Diese können in das Scheibenelement und/oder in den Träger eingebracht sein, vorzugsweise in den Träger. Dies ist im Zusammenhang mit der Erfindung bevorzugt, da so ein höherer Anteil der über Lufteinlässe in einen Radkasten geführten Luft durch den Rotor hindurchgelangen kann und auch zur Kühlung der Reibfläche zur Verfügung steht, die der Fahrzeugaußenseite zugewandt ist.

Der Rotor kann ein Scheibenelement, z.B. einen Reibring, umfassen, wobei an einer Oberfläche des Scheibenelements die Reibfläche ausgebildet ist und der Luftleitkanal eine Ausnehmung des Scheibenelements bildet. Im Allgemeinen liegt auch dann eine Vielzahl von Luftleitkanälen vor. Diese Ausnehmungen erhöhen die Oberfläche und sorgen für eine luftfördernde und luftleitende Wirkung. Zugleich wird Scheibenelementmatenal eingespart, dabei allerdings eine besser gekühlte und genauso stabile Scheibe erhalten.

Zudem lässt sich die Herstellung von Luftleitkanälen, die Ausnehmungen des Scheibenelements bilden, auf besonders einfache Weise in die Fertigung keramischer Rotoren integrieren. DE 601 16 780 T2 beschreibt z.B. ein Verfahren zur Herstellung eines Bremsrings, der Belüftungskanäle aufweist und aus einem keramischen Werkstoff wie zum Beispiel C/SiC besteht. Die Belüftungskanäle werden mit Hilfe eines Kems gebildet, der entfernt wird. Es ist mit sehr geringem Aufwand möglich, einen Kern bereitzustellen, der zusätzliche, von Kernmaterial eingenommene Bereiche aufweist. Diese führen dann zu den erfindungsgemäßen Ausnehmungen des Scheibenelements.

Außerdem kann der Träger ohne Luftleitkanäle gebildet werden, wenn diese schon am Scheibenelement ausgebildet sind. Es besteht für den Träger also ein höheres Maß an Gestaltungsfreiheit. Jedoch kann zusätzlich auch der Träger Luftleitwände umfassen, zwischen denen ein weiterer Luftleitkanal verläuft oder weitere Luftleitkanäle verlaufen.

Der Rotor kann ein Scheibenelement, z.B. einen Reibring, umfassen, wobei an einer Oberfläche des Scheibenelements die Reibfläche ausgebildet ist, die erste Luftleitkanalmündung in die Reibfläche mündet und die zweite Luftleitkanalmündung in einen radial außerhalb des Scheibenelements liegenden Bereich mündet.

Dadurch kann z.B. ein Sog erzeugt werden, der Luft von den Reibflächen weg nach außen befördert, was den Kühlungseffekt auf den Reibflächen durch erzwungene Konvektion fördert. Der erfindungsgemäße Rotor kann mindestens zwei unterschiedliche Luftleitkanäle aufweisen. Der erste Luftleitkanal liegt radial weiter außen, als die Reibfläche. Der zweite Luftleitkanal liegt radial weiter innen, als die Reibfläche. Beide Luftleitkanäle habe zwei Luftleitkanalmündungen. Vom ersten Luftleitkanal mündet die erste, näher an der Rotationsachse liegende Luftleitkanalmündung in die Reibfläche. Vom zweiten Luftleitkanal mündet die weiter von der Rotationsachse entfernt liegende Luftleitkanalmündung in die Reibfläche. So lässt sich kooperativ Sog und Druck aufbauen, wobei einer der beiden Luftleitkanäle die Luft von der Reibfläche abzieht, die vom anderen Luftleitkanal auf die Reibfläche geführt wurde.

Die Reibfläche kann an einer vom Träger abgewandten Oberfläche des Scheibenelements ausgebildet sein und die zweite Luftleitkanalmündung kann in die Reibfläche münden. Dies bedeutet, dass der Luftleitkanal insgesamt näher an der Rotationsachse liegt, als die Reibfläche. Dadurch wird Luft auf die Reibfläche und die Bremsbeläge gefördert. Dies bewirkt eine bessere Kühlung.

Alternativ kann an einer vom Träger abgewandten Oberfläche des Scheibenelements die Reibfläche ausgebildet sein und die erste Luftleitkanalmündung in die Reibfläche münden. Dies bedeutet, dass der Luftleitkanal insgesamt weiter entfernt von der Rotationsachse liegt, als die Reibfläche. Auch dadurch wird ein Sog erzeugt, der Luft von den Reibflächen weg nach außen befördert, was den Kühlungseffekt auf den Reibflächen durch erzwungene Konvektion fördert.

Das Scheibenelement kann aus jedem Material gefertigt sein, das für Bremsscheiben üblich ist.

Das Scheibenelement kann ein Keramikfaserverbundscheibenelement sein. Dies bewirkt, dass die Temperaturen des Scheibenelements weit über die von vergleichbaren Scheibenelementen aus Grauguss steigen können, ohne die Bremseigenschaften zu verschlechtern. Bei sonst üblichen Gussscheiben kommt es durch die Erhöhung der Temperatur zu einem Nachlassen der Bremsleistung, dem so genannten Fading. Ein erfindungsgemäßer Rotor lässt sich besonders klein ausführen, da dieselbe Kühlleistung aufgrund von verstärkter Luftzirkulation und verstärkter Wärmeabstrahlung mit einem insgesamt kleineren Rotor erreicht werden kann, der überdies mit Hilfe der zwischen den Luftleitkanälen angeordneten Stege eine besonders hohe Verwindungssteifigkeit erreichen kann. Letzten Endes kann dieselbe Bremsleistung also mit einem kleineren Bremssystem erreicht werden. Das Kraftfahrzeug wird leichter und somit ein effizienterer Kraftfahrzeugbetrieb ermöglicht. Wenn der Luftleitkanal eine Ausnehmung des Scheibenelements bildet, ergeben sich insbesondere bei den hochwertigen Keramikfaserverbundscheibenelementen Synergien durch Einsparung von Keramikfaserverbundmatenal, besserer Kühlung beim Bremsen bei gleichzeitig geringerer Masse des Rotors.

Der Rotor kann ein innenbelüfteter Rotor sein. Dies bewirkt, dass die kühlenden Flächen sich stark erhöhen und das Scheibenelement nicht nur an den Außenflächen, sondern auch von sich im Inneren befindenden Flächen gekühlt wird.

Alternativ kann der Rotor keine Innenbelüftung aufweisen. Dies bewirkt, dass die Fertigung des Scheibenelements einfacher wird. Der erfindungsgemäße Luftleitkanal bzw. die erfindungsgemäßen Luftleitkanäle können insbesondere bei einem Keramikfaserverbundscheibenelement viel einfacher hergestellt werden, als die Innenbelüftung. Dies gilt insbesondere, wenn der Träger die Luftleitwände umfasst, zwischen denen der Luftleitkanal verläuft; also bei am Träger ausgebildetem Luftleitkanal. Denn der Träger kann auch bei einem Keramikfaserverbundscheibenelement auf besonders einfache Weise aus Metall, z.B. durch Guss, hergestellt werden. So kann die Erfindung eine besonders effiziente Alternative zur Innenbelüftung bieten. Gerade bei erfindungsgemäßen Rotoren ohne Innenbelüftung, also mit insgesamt dünneren Bremsscheiben ergibt sich durch die Erfindung die Möglichkeit, Bremssattel insgesamt schlanker und somit leichter auszulegen, so dass die Bremssysteme insgesamt weniger wiegen.

Die Erfindung macht aufwändige Luftzufuhrsysteme, mit denen bei bekannten Kraftfahrzeugen Luft von der Front oder der Seite des Fahrzeugs gezielt zur Kühlung von Bremssattel und Bremsflüssigkeit in den Bereich der Bremsen geführt wird, ganz oder teilweise überflüssig. Der Bauraum des Fahrzeugs kann somit flexibler genutzt werden. Die Erfindung erreicht eine ähnlich intensive Kühlung von Bremsbelägen und damit auch von Bremsflüssigkeit, da weniger Wärme über die Bremsbeläge auf die Bremsflüssigkeit übergeht. Die Erfindung bewältigt dies unabhängig von Luftzufuhrkanälen im Fahrzeug allein durch erzwungene Konvektion über Bremsbelag und Reibfläche.

Ein sehr starkes Erhitzen der Bremsflüssigkeit beschleunigt die Alterung der Bremsflüssigkeit. Bei überhöhten Temperaturen kann die Bremsflüssigkeit außerdem zu sieden beginnen. Dadurch bilden sich Dampfblasen wodurch sich beim Tritt auf Bremspedal die gewünschte Bremswirkung nicht einstellt.

Die Bremsflüssigkeit kann am Bremssattel wegen der erfindungsgemäßen Reibflächenkühlung - ohne Steigerung des Risikos einer Überhitzung der Bremsflüssigkeit - etwas näher an die Reibfläche herangeführt werden. Der Bremssattel lässt sich folglich noch filigraner auslegen, wodurch weiteres Gewicht eingespart werden kann.

Die Erfindung betrifft somit auch die Verwendung eines hierin beschriebenen Rotors zur Stabilisierung der Bremsflüssigkeit eines Kraftfahrzeugs, z.B. eines PKW und/oder um ein Wartungsintervall des Bremssystems zu verlängern. Die Erfindung bietet insofern überraschende Vorteile gegenüber innenbelüfteten Rotoren. Bei innenbelüfteten Rotoren erfolgt die Kühlung vorrangig im Inneren des Rotors. Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Figuren und Ausführungsbeispiele veranschaulicht, ohne darauf beschränkt zu sein.

Figur 1A zeigt einen ersten erfindungsgemäßen Rotor

Figur 1 B zeigt einen Ausschnitt aus Figur 1 A

Figur 2A zeigt einen zweiten erfindungsgemäßen Rotor

Figur 2B zeigt einen Ausschnitt aus Figur 2A

Figur 3A zeigt einen dritten erfindungsgemäßen Rotor

Figur 3B zeigt einen Ausschnitt aus Figur 3A

Figur 3C zeigt den dritten erfindungsgemäßen Rotor mit Träger

Figur 4A zeigt einen vierten erfindungsgemäßen Rotor

Figur 4B zeigt einen Ausschnitt aus Figur 4A

In Figuren 1A, 2A, 3A, 3C und 4A sind erfindungsgemäße Rotoren gezeigt. Sie weisen je eine Reibfläche 2 und eine Vielzahl an Luftleitkanälen 3 auf. Sie weisen auch eine zweite, vom Betrachter abgewandte Reibfläche auf. Die Luftleitkanäle verlaufen je zwischen Luftleitwänden 6 von einer näher an der Rotationsachse liegenden ersten Luftleitkanalmündung 4 zu einer weiter von der Rotationsachse entfernt liegenden zweiten Luftleitkanalmündung 5, wie in den Ausschnitten den Figuren 1 B, 2B, 3B, 4B gezeigt. Die beiden Luftleitkanalmündungen sind jeweils zueinander in Rotationsrichtung versetzt. Bei den Rotoren der Figuren 1A und 4A mündet jeweils die zweite Luftleitkanalmündung 5 in die Reibfläche 2. Bei dem Rotor der Figur 3A mündet die erste Luftleitkanalmündung 4 in die Reibfläche 2.

Die Rotoren der Figuren 2A und 3C weisen zwei unterschiedliche Luftleitkanäle auf. Der erste Luftleitkanal liegt radial weiter außen, als die Reibfläche. Der zweite Luftleitkanal liegt radial weiter innen, als die Reibfläche.

Alle Luftleitkanäle reichen nicht von der einen Hauptoberfläche des Rotors zu der zweiten Hauptoberfläche des Rotors hindurch.

Alle in Figuren 1A, 2A, 3C und 4A gezeigten Rotoren 1 umfassen ein Scheibenelement 8 in Form eines Reibrings und einen an dem Scheibenelement 8 angeordneten Träger 7, wobei an einer Oberfläche des Scheibenelements 8 eine der beiden Reibflächen 2 ausgebildet ist. Bei den in Figuren 1A, 2A, 3C gezeigten Rotoren umfasst der Träger 7 Luftleitwände 6 zwischen denen die Luftleitkanäle 3 verlaufen. Der Träger ist jeweils kraftschlüssig mit dem Scheibenelement 8 verbunden. Befestigungselemente 9 (Schrauben) erstrecken sich je von einem zwischen zwei Luftleitwänden 6 liegenden Luftleitkanalboden 10 bis in das Scheibenelement 8 hinein, siehe insbesondere Figur 1 B.

Der Träger 7 weist jeweils eine dem Scheibenelement 8 zugewandte Trägeroberfläche und eine von dem Scheibenelement 8 abgewandte Trägeroberfläche auf. Wie insbesondere in Figuren 1A und 1 B gut zu erkennen ist, können die beiden Luftleitkanalmündungen 4, 5 an der von dem Scheibenelement 8 abgewandten Trägeroberfläche ausgebildet sein.

Wie Figuren 3A, 3B zeigen, kann der Rotor 1 ein Scheibenelement 8, z.B. in Form eines Reibrings umfassen, wobei an einer Oberfläche des Scheibenelements 8 die Reibfläche 2 ausgebildet ist und der Luftleitkanal 3 eine Ausnehmung des Scheibenelements 8 bildet. Die zweite Luftleitkanalmündung 5 mündet in einen radial außerhalb des Scheibenelements 8 liegenden Bereich.

Wie insbesondere in Figur 4A gezeigt, kann an einer vom Träger 7 abgewandten Oberfläche des Scheibenelements eine der Reibflächen 2 ausgebildet sein und die zweite Luftleitkanalmündung 5 in diese Reibfläche münden (siehe auch innere Luftleitkanäle in Figur 3C). Zusätzlich veranschaulicht Figur 3C, dass in diese Reibfläche zusätzlich auch eine erste Luftleitkanalmündung 4 anderer Luftleitkanäle münden kann (siehe äußere Luftleitkanäle in Figur 3C). Die Stege zwischen den inneren Luftleitkanälen in Figur 3C könnten sich in axialer Richtung weiter hin zum Betrachter erstrecken und sich z.B. durch eine Ebene hindurch erstrecken, die exakt zwischen den beiden Reibflächen liegt oder sich sogar durch eine Ebene hindurch erstrecken, die mit der Reibfläche zusammenfällt, welche in Figur 3C dem Betrachter zugewandt ist. Die Scheibenelemente sind bei sämtlichen gezeigten Rotoren Keramikfaserverbundscheibenelement. Alle hier gezeigten Rotoren sind innenbelüftete Rotoren. Zur Vereinfachung sind nicht in allen Figuren alle Bezugszeichen enthalten.

Claims

Patentansprüche

1 . Rotor (1 ) aufweisend eine Reibfläche (2) und einen Luftleitkanal (3), der zwischen Luftleitwänden (6) von einer näher an der Rotationsachse liegenden ersten Luftleitkanalmündung (4) zu einer weiter von der Rotationsachse entfernt liegenden zweiten Luftleitkanalmündung (5) verläuft, wobei die beiden Luftleitkanalmündungen zueinander in Rotationsrichtung versetzt sind und eine der Luftleitkanalmündungen in die Reibfläche mündet und der Luftleitkanal (3) nicht von der einen Hauptoberfläche des Rotors zu der zweiten Hauptoberfläche des Rotors hindurchführt.

2. Rotor (1 ) nach Anspruch 1 , umfassend ein Scheibenelement (8), z.B. einen Reibring, und einen an dem Scheibenelement (8) angeordneten Träger (7), wobei an einer Oberfläche des Scheibenelements (8) die Reibfläche (2) ausgebildet ist und die zweite Luftleitkanalmündung (5) in die Reibfläche (2) mündet.

3. Rotor (1 ) nach Anspruch 2, wobei der Träger (7) die Luftleitwände (6) umfasst, zwischen denen der Luftleitkanal (3) verläuft.

4. Rotor (1 ) nach Anspruch 2, wobei der Träger (7) kraftschlüssig oder formschlüssig mit dem Scheibenelement (8) verbunden ist.

5. Rotor (1 ) nach Anspruch 4, wobei ein Befestigungselement (9) sich von einem zwischen zwei Luftleitwänden (6) liegenden Luftleitkanalboden (10) bis in das Scheibenelement (8) hinein erstreckt.

6. Rotor (1 ) nach Anspruch 2, wobei der Träger (7) eine dem Scheibenelement (8) zugewandte Trägeroberfläche und eine von dem Scheibenelement (8) abgewandte Trägeroberfläche aufweist und die beiden Luftleitkanalmündungen (4, 5) an der von dem Scheibenelement (8) abgewandten Trägeroberfläche ausgebildet sind.

7. Rotor (1 ) nach Anspruch 1 , umfassend ein Scheibenelement (8), z.B. einen Reibring, wobei an einer Oberfläche des Scheibenelements (8) die Reibfläche (2) ausgebildet ist, und der Luftleitkanal (3) eine Ausnehmung des Scheibenelements (8) bildet.

8. Rotor (1 ) nach Anspruch 1 oder 7, umfassend ein Scheibenelement (8), z.B. einen Reibring, wobei an einer Oberfläche des Scheibenelements (8) die Reibfläche (2) ausgebildet ist, die erste Luftleitkanalmündung (4) in die Reibfläche (2) mündet und die zweite Luftleitkanalmündung (5) in einen radial außerhalb des Scheibenelements (8) liegenden Bereich mündet.

9. Rotor (1 ) nach Anspruch 2, wobei an einer vom Träger (7) abgewandten Oberfläche des Scheibenelements die Reibfläche (2) ausgebildet ist und die zweite Luftleitkanalmündung (5) in die Reibfläche mündet.

10. Rotor (1 ) nach Anspruch 2, wobei an einer vom Träger (7) abgewandten Oberfläche des Scheibenelements die Reibfläche (2) ausgebildet ist und die erste Luftleitkanalmündung (4) in die Reibfläche mündet.

11 . Rotor (1 ) nach Anspruch 2, wobei das Scheibenelement (8) ein Keramikfaserverbundscheibenelement ist.

12. Rotor (1 ) nach Anspruch 1 , wobei der Rotor ein innenbelüfteter Rotor ist.

13. Rotor (1 ) nach Anspruch 1 , aufweisend keine Innenbelüftung. 19

14. Verwendung eines Rotors nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche zur Stabilisierung der Bremsflüssigkeit eines Kraftfahrzeugs, z.B. eines PKW.

15. Verwendung eines Rotors nach mindestens einem der vorhergehenden

Ansprüche, um ein Wartungsintervall eines Bremssystems zu verlängern.