DE102022212512A1

DE102022212512A1 - Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Fahrzeuges mit einer speziellen geometrischen Gestaltung zur Reduzierung der Konifizierung

Info

Publication number: DE102022212512A1
Application number: DE102022212512.6A
Authority: DE
Inventors: Hatem Shahin; Lothar Wagner; Kai Braun
Original assignee: HL Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2022-11-23
Filing date: 2022-11-23
Publication date: 2024-05-23

Abstract

Die Schirmung oder Konifizierung einer Bremsscheibe infolge eines Temperaturanstiegs wird durch die Wahl einer geeigneten Geometrie der Reibscheiben wirksam reduziert. Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe (1) für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs mit einem Bremsscheibentopf (2), der einen Topfboden (2a), eine Topfwand (2b) und eine Achse (3) aufweist, und mit einer mit der Wand fest verbundenen Reibscheibeneinheit (4), die zwei parallel zueinander angeordnete Reibscheiben (4a, 4b) in Form einer topfseitigen Reibscheibe (4a) und einer kolbenseitigen Reibscheibe (4b) mit senkrecht zur Achse (3) angeordneten Reibflächen (5a, 5b) aufweist, wobei die topfseitige Reibscheibe dem Topfboden (2) näher ist als die kolbenseitige Reibscheibe. Bei einer solchen Bremsscheibe ist vorgesehen, dass der Wärmewiderstand zwischen dem radial äußeren Rand (41b) der kolbenseitigen Reibscheibe (4b) und der Topfwand geringer ist als der Wärmewiderstand zwischen dem radial äußeren Rand (41a) der topfseitigen Reibscheibe (4a) und der Topfwand.

Description

Die Erfindung betrifft Bremsscheiben und ist auf dem Gebiet des Maschinenbaus anwendbar. Sie kann besonders vorteilhaft bei der Herstellung und Konstruktion von Automobilkomponenten oder Komponenten von Fahrzeugen im Allgemeinen eingesetzt werden.
Scheibenbremsen sind in der Automobiltechnik weit verbreitet, um große Bremsverzögerungen zu erreichen. Solche Scheibenbremsen verfügen über rotierende Bremsscheiben oder Reibscheiben, die von antreibbaren Kolben gebremst werden, die in einem Bremssattel gehalten werden und Bremsbeläge tragen. Ziel ist es, dass sich der oder die Kolben senkrecht zur Oberfläche der Reibscheiben bewegen und die Bremsbeläge gegen die Reibscheiben drücken, um Reibungskontakt zu erzeugen. Dabei sollten die Reibscheibenflächen und Bremsbeläge streng parallel zueinander bleiben.
Bei einem Bremsvorgang eines Fahrzeugs werden etwa 90 % der Bewegungsenergie in Wärmeenergie umgewandelt und müssen über die Bremsscheiben abgeführt werden. Es ist bekannt, dass sich Reibscheiben von Scheibenbremsen während eines Bremsvorgangs erwärmen, zum Beispiel auf bis zu 700 Grad Celsius oder mehr, wobei eine Verringerung der Bremsleistung nicht nur aufgrund von Änderungen der Materialeigenschaften, die die Reibungsbedingungen verändern, sondern auch aufgrund von Verformungen oder Verzug infolge der Temperaturänderung auftreten kann. Ein typischer Fall dieser Art ist die so genannte Schirmung oder Konifizierung bzw. Konusbildung, bei der die thermische Ausdehnung dazu führen kann, dass die Reibscheibe und die gesamte Bremsscheibe die Form eines Kegelabschnitts annehmen, weil die thermische Ausdehnung der Reibscheibe und ihrer Befestigung an einem Bremsscheibentopf zu einer Verformung des Topfes führen kann.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Dokumente bekannt, die sich mit Verformungsproblemen von Bremsscheiben aufgrund von Wärmeausdehnung befassen.
Aus dem Dokument DE 10 2012 024011 B3 ist eine besondere geometrische Gestaltung einer Bremsscheibe bekannt, die ihr Biegeverhalten optimieren und eine Schirmung des Reibrings kompensieren soll.
DE 10 2012 010728 B3 offenbart eine geometrisch besonders geformte Verbindung einer Reibscheibe mit der Topfwand eines Bremsscheibentopfes, wobei die Verbindung durch Aufnahme eines sphärischen Abschnitts der Reibscheibe in einer Anschlussaufnahme der Topfwand erfolgt. Damit soll erreicht werden, dass sich der Reibring bei thermischer Ausdehnung in axialer Richtung des Bremsscheibentopfes bewegen kann.
Aus dem Dokument DE 10 2012 024298 A1 ist bekannt, dass bei einer Reibscheibeneinheit mit zwei Reibscheiben diese an ihren einander zugewandten Seiten mit Noppen versehen sind, die einen Bewegungsbereich der beiden Reibscheiben relativ zueinander bei einer Wärmeausdehnung und insbesondere bei einer Schirmungs- oder Konifizierungsbewegung begrenzen.
Aus dem Dokument DE 10 2013 001322 A1 ist eine Verbindung einer Reibscheibeneinheit mit der Topfwand eines Bremsscheibentopfes bekannt, bei der durch eine Vielzahl von über den Umfang der Bremsscheibeneinheit verteilten Verbindungseinrichtungen, die jeweils mit zwei Bereichen unterschiedlicher Oberflächengüte versehen sind, erreicht wird, dass zwischen der Reibscheibeneinheit und den verschiedenen Bereichen der Wand der jeweiligen Verbindungseinrichtung des tragenden Teils ein unterschiedliches Spiel besteht. Damit soll eine Gegenkraft erzeugt werden, die gegen eine Schirmung des Reibrings wirkt.
Aus dem Dokument DE 10 2012 010729 A1 ist ein gießtechnisches Herstellungsverfahren für eine Scheibenbremse bekannt, bei dem zunächst ein Reibring gegossen wird und der gegossene Reibring dann in einem weiteren Verfahrensschritt in einem zweiten Gießverfahren mit einem tragenden Teil eines Bremsscheibentopfes zusammengeführt wird.
Das Dokument DE 10 2012 024496 B3 beschreibt eine Bremsscheibe, bei der zwei Reibringe einer Reibscheibeneinheit mit unterschiedlichen Abständen mit einem Bremsscheibentopf verbunden sind, um die Schirmung/Konifizierung zu minimieren.
Das Dokument DE4331683 A1 beschreibt eine innenbelüftete Bremsscheibe, bei der in den Kühlkanälen an den Innenseiten der Reibscheiben Rippen mit rechteckigem Querschnitt zur Wärmeableitung vorgesehen sind.
Vor dem Hintergrund des Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bremsscheibe zu schaffen, bei der die Schirmung durch thermische Einflüsse beim Bremsen durch die Wahl einer geeigneten Konstruktion weitestgehend minimiert oder eliminiert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die Merkmale der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 oder 2 erreicht.
Die abhängigen Ansprüche bezeichnen mögliche Ausführungsformen der Erfindung.
Die Erfindung bezieht sich daher auf eine Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, mit einem Bremsscheibentopf, der einen Topfboden, eine Topfwand und eine Achse aufweist, und mit einer fest mit der Topfwand verbundenen Reibscheibeneinheit, die zwei parallel zueinander angeordnete Reibscheiben in Form einer topfseitigen Reibscheibe und einer kolbenseitigen Reibscheibe mit senkrecht zur Achse angeordneten Reibflächen aufweist, wobei die topfseitige Reibscheibe näher am Topfboden angeordnet ist als die kolbenseitige Reibscheibe. Das Ziel der Erfindung kann dadurch erreicht werden, dass der Wärmewiderstand zwischen dem radial äußeren Rand der kolbenseitigen Reibscheibe und der Topfwand geringer ist als der Wärmewiderstand zwischen dem radial äußeren Rand der topfseitigen Reibscheibe und der Topfwand.
Statt der Formulierung, dass der Wärmewiderstand zwischen dem radial äu-ßeren Rand der kolbenseitigen Reibscheibe und der Topfwand geringer ist als der Wärmewiderstand zwischen dem radial äußeren Rand der topfseitigen Reibscheibe und der Topfwand, könnte die Erfindung alternativ mit der gleichen Bedeutung beschrieben werden, indem gesagt wird, dass die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem radial äußeren Rand der kolbenseitigen Reibscheibe und der Topfwand insgesamt oder integriert über den Weg der Wärmeleitung höher oder besser ist als die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem radial äußeren Rand der topfseitigen Reibscheibe und der Topfwand.
Während eines Bremsvorgangs dreht sich die Bremsscheibe mit dem Topf und den beiden Reibscheiben um die Achse, die in der Regel eine Rotationssymmetrieachse ist. Ein feststehender Bremssattel trägt einen beweglichen Kolben, der in einer Richtung parallel zur Achse verschoben werden kann und dabei einen Bremsbelag gegen die Reibfläche der kolbenseitigen Reibscheibe drückt. Ein zweiter Bremsbelag, der am Bremssattel befestigt ist, übt einen Gegendruck auf die gegenüberliegende Seite der Reibscheibeneinheit aus, d. h. auf die Reibfläche der topfseitigen Reibscheibe. Dabei wird die Bremsscheibe abgebremst und die kinetische Energie in Wärme umgewandelt. Diese Hitze erhöht die Temperatur der Reibscheiben und verursacht einen thermischen Verzug. Die kolbenseitige Reibscheibe hat durch die Konstellation der Hebel einen überwiegenden Einfluss auf die Verformung, die eine Konusbildung der Bremsscheibe bewirkt. Durch die Bereitstellung eines geringeren Wärmewiderstands für die in der kolbenseitigen Reibscheibe erzeugte Wärme kann die Wärme auf dieser Seite der Reibscheibeneinheit daher leichter abgeleitet und zum Topf transportiert werden als die Wärme von der anderen Seite, d. h. von der topfseitigen Reibscheibe. Dadurch kann die Temperatur der kolbenseitigen Reibscheibe niedriger gehalten werden bzw. bei einem starken Temperaturanstieg sinkt die Temperatur auf dieser Seite der Reibscheibeneinheit schneller als auf der Seite der topfseitigen Reibscheibe. Durch diese Maßnahmen kann der Verzug, insbesondere eine Konusbildung der Bremsscheibe beseitigt oder zumindest reduziert werden. Auch ein ungleichmäßiger Verschleiß der Reibscheiben und/oder der Bremsbeläge kann durch diese Maßnahme vermieden werden.
In einer alternativen Ausführungsform einer Bremsscheibe desselben Typs, das heißt eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, mit einem Bremsscheibentopf, der einen Topfboden, eine Topfwand und eine Achse aufweist, und mit einer fest mit der Topfwand verbundenen Reibscheibeneinheit, die zwei parallel zueinander angeordnete Reibscheiben in Form einer topfseitigen Reibscheibe und einer kolbenseitigen Reibscheibe mit senkrecht zur Achse angeordneten Reibflächen aufweist, wobei die topfseitige Reibscheibe näher am Topfboden angeordnet ist als die kolbenseitige Reibscheibe, kann das Ziel auch dadurch erreicht werden, dass der Wärmeleitwiderstand zwischen mindestens einem ersten ringförmigen Bereich der kolbenseitigen Reibscheibe, die einen ersten Innendurchmesser aufweist, und der Topfwand geringer ist als der Wärmeleitwiderstand zwischen einem ersten ringförmigen Bereich der topfseitigen Reibscheibe, die denselben ersten Innendurchmesser aufweist, und der Topfwand, wobei insbesondere der erste Innendurchmesser dem Durchmesser der Mitte des ringförmigen Bereichs der Reibscheiben entspricht, der bei einem Bremsvorgang mit den Bremsbelägen in Kontakt kommt.
Diese Ausführungsform der Erfindung zielt insbesondere darauf ab, einen sehr guten thermischen Kontakt der Bereiche der kolbenseitigen Reibscheibe zu erzeugen, die sich zwischen dem ersten ringförmigen Bereich und der Achse zur Topfwand des Bremstopfes befinden. Dadurch erhält die Wärme aus dem ersten ringförmigen Bereich und auch aus Bereichen weiter radial außerhalb dieses Bereichs auf der kolbenseitigen Reibscheibe eine hervorragende thermische Ankopplung an die Topfwand, die besser ist als die thermische Ankopplung entsprechender Bereiche der topfseitigen Reibscheibe an die Topfwand. Dadurch wird der Wärmetransport von der kolbenseitigen Reibscheibe verbessert und die Konusbildung an der Bremsscheibe effektiv minimiert bzw. vermieden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass die kolbenseitige Reibscheibe einen zweiten ringförmigen Bereich mit einem zweiten Innendurchmesser aufweist, der koaxial zu dem ersten ringförmigen Bereich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmewiderstand zwischen dem zweiten ringförmigen Bereich und der Topfwand geringer ist als der Wärmewiderstand zwischen einem entsprechenden zweiten ringförmigen Bereich der topfseitigen Reibscheibe, der denselben zweiten Innendurchmesser aufweist, und der Topfwand, wobei insbesondere der zweite Innendurchmesser dem Innendurchmesser des ringförmigen Bereichs der Reibscheiben entspricht, der bei einem Bremsvorgang mit den Bremsbelägen in Kontakt kommt.
In diesem Fall gilt für den zweiten ringförmigen Bereich der topfseitigen Reibscheibe dasselbe wie oben für den ersten ringförmigen Bereich beschrieben und auch diese Maßnahme führt zu einem noch besseren Wärmetransport von der kolbenseitigen Reibscheibe zur Topfwand.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die kolbenseitige Reibscheibe einen dritten ringförmigen Bereich mit einem dritten Innendurchmesser aufweist, der koaxial zu dem ersten ringförmigen Bereich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmewiderstand zwischen dem dritten ringförmigen Bereich und der Topfwand geringer ist als der Wärmewiderstand zwischen einem entsprechenden dritten ringförmigen Bereich der topfseitigen Reibscheibe mit demselben dritten Innendurchmesser und der Topfwand, wobei insbesondere der dritte ringförmige Bereich an den radial äußeren Rand der kolbenseitigen Reibscheibe angrenzt.
In diesem Fall gilt für den dritten ringförmigen Bereich der kolbenseitigen Reibscheibe dasselbe wie oben für den ersten und zweiten ringförmigen Bereich beschrieben.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass entlang der Innenfläche der kolbenseitigen Reibscheibe, die der topfseitigen Reibscheibe zugewandt ist, ein oder mehrere Vorsprünge in Form von strangförmigen Rippen oder Stegen vorgesehen sind, wobei jede Rippe oder jeder Steg zwei Enden aufweist, wobei ein erstes Ende ihrer Längserstreckung radial näher an der Achse des Bremsscheibentopfes liegt als das zweite Ende, und wobei insbesondere die topfseitige Reibscheibe keine solchen Rippen oder Stege aufweist oder die Summe der Querschnitte solcher Rippen oder Stege auf der Innenseite der topfseitigen Reibscheibe kleiner ist als die Summe der Querschnitte der Rippen oder Stege auf der kolbenseitigen Reibscheibe.
Die hier beschriebenen Rippen oder Stege unterstützen den Wärmetransport durch die kolbenseitige Reibscheibe in radialer Richtung zur Achse und zur Topfwand. Durch die radiale Ausrichtung der Rippen bzw. Stege ist ein effektiver Wärmetransport bei nur geringer Massenzugabe zur kolbenseitigen Reibscheibe gegeben.
Die kolbenseitige Reibscheibe kann etwas dünner ausgeführt werden als die topfseitige Reibscheibe, um die zusätzliche Masse, die für die Stege oder Rippen erforderlich ist, auszugleichen. Auf diese Weise kann die Masse der beiden Reibscheiben gleich bleiben und es muss keine zusätzliche Masse in Kauf genommen werden. Beide Reibscheiben können auf diese Weise die gleiche Masse haben.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass zwischen der kolbenseitigen Reibscheibe und der topfseitigen Reibscheibe Wärmeleitkörper vorgesehen sind, die jeweils mit ihrem ersten Ende über einen ersten Kontaktbereich mit der kolbenseitigen Reibscheibe und mit ihrem zweiten Ende über einen zweiten Kontaktbereich mit der topfseitigen Reibscheibe verbunden sind, wobei der zweite Kontaktbereich jedes Wärmeleitkörpers näher an der Achse und/oder der Topfwand liegt als der erste Kontaktbereich desselben Wärmeleitkörpers.
Durch die Gestaltung und Ausrichtung der Wärmeleitkörper werden Wärmebrücken geschaffen, die den Wärmetransport von radial äußeren Bereichen der kolbenseitigen Reibscheibe zu radial inneren Teilen der topfseitigen Reibscheibe unterstützen. Dabei unterstützt die topfseitige Reibscheibe den Wärmetransport von der kolbenseitigen Reibscheibe zur Topfwand, wodurch die Gesamttemperatur der kolbenseitigen Reibscheibe gesenkt werden kann. Die Wärmeleitkörper können strangförmig sein. Sie können zum Beispiel einen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt haben und mit einer oder beiden Reibscheiben zusammengegossen werden.
Die Erfindung kann auch in einer Ausführungsform realisiert werden, bei der mindestens ein ringförmiger Teil der kolbenseitigen Reibscheibe aus einem Material besteht, dessen spezifischer Wärmeleitkoeffizient größer ist als der Wärmeleitkoeffizient der übrigen Bereiche der kolbenseitigen Reibscheibe.
Durch diese Maßnahme wird der Wärmetransport von radial äußeren Bereichen der kolbenseitigen Reibscheibe zur Topfwand weiter unterstützt.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Bremsscheibentopf zumindest zum größten Teil, insbesondere vollständig, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
Die Wahl, den Topf aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung herzustellen, sorgt für eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit und damit für einen minimalen Widerstand beim Wärmetransport.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass die Reibscheiben zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus Gusseisen oder einer oder mehreren Gusseisenlegierungen bestehen. Dieses Material ist ein guter Kompromiss zwischen mechanischer Stabilität, Hitzebeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Preis, auch wenn die Wärmeleitfähigkeit nicht optimal ist. Aus diesem Grund können die oben beschriebenen Maßnahmen zur Verbesserung der Situation eingesetzt werden, wenn größere Mengen an Wärmeenergie abgeführt werden müssen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die topfseitige Reibscheibe direkt mit der Topfwand fest verbunden ist und dass die kolbenseitige Reibscheibe in ihrem radial inneren Bereich über die topfseitige Reibscheibe mit der Topfwand verbunden ist. In diesem Fall kann je nach mechanischer Konstruktion erreicht werden, dass sich die Wärmedehnung der kolbenseitigen Reibscheibe während eines Bremsvorgangs nicht vollständig auf die Topfwand überträgt, so dass der Verzug der Topfwand begrenzt werden kann.
Eine andere Ausführung kann vorsehen, dass sowohl die topfseitige Reibscheibe als auch die kolbenseitige Reibscheibe jeweils direkt mit der Topfwand fest verbunden sind. In diesem Fall kann zumindest ein guter thermischer Kontakt der beiden Reibscheiben zur Topfwand und zum Topfboden gewährleistet und damit der Temperaturanstieg der beiden Reibscheiben während und kurz nach einem Bremsvorgang begrenzt werden.
Es kann ja auch vorgesehen sein, dass sowohl die topfseitige Reibscheibe als auch die kolbenseitige Reibscheibe jeweils mit einem gemeinsamen Verbindungsring verbunden sind, der wiederum fest mit der Topfwand verbunden ist. Durch diese Maßnahme kann die Verformung der Reibscheibeneinheit als solche von der Verformung des Bremstopfes entkoppelt werden. Die Kräfte, die durch eine thermische Ausdehnung der Reibscheiben entstehen, werden kombiniert und addiert und eine daraus resultierende Kraft wird von dem gemeinsamen Verbindungsring, der eine Befestigungsvorrichtung bildet, auf die Topfwand übertragen. In diesem Fall führt ein Ungleichgewicht der Kräfte, die von den beiden Reibscheiben ausgeübt werden, nicht zu einer zusätzlichen Verformung des Topfes.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass die kolbenseitige Reibscheibe zumindest teilweise, insbesondere in einem ringförmigen Bereich oder in mehreren gleichmäßig azimutal um die Achse verteilten Bereichen in der Reibscheibe, aus einem Material besteht, dessen spezifischer Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient der topfseitigen Reibscheibe.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest ein ringförmiger Bereich der kolbenseitigen Reibscheibe aus einem Material besteht, dessen spezifischer Wärmeausdehnungskoeffizient geringer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient der übrigen Bereiche der kolbenseitigen Reibscheibe.
Beispielsweise kann ein ringförmiger Bereich der kolbenseitigen Reibscheibe oder sogar die gesamte kolbenseitige Reibscheibe aus einem Gusseisen mit Vermiculargraphit bestehen, während andere Teile der kolbenseitigen Reibscheibe und/oder der topfseitigen Reibscheibe im Wesentlichen oder vollständig aus einem Gusseisen mit Kugelgraphit gefertigt sind. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Gusseisen mit Vermiculargraphit ist deutlich geringer als der von Gusseisen, das nur oder überwiegend Kugelgraphit enthält, so dass der Schirmung durch die oben beschriebene Konstruktion entgegengewirkt wird.
Beide Maßnahmen führen zu einer Verringerung der Ausdehnung der kolbenseitigen Reibscheibe und damit zu einer Verringerung der von der kolbenseitigen Reibscheibe ausgeübten Kräfte durch einen Anstieg der Temperatur dieser Scheibe. Da die kolbenseitige Reibscheibe im Vergleich zur topfseitigen Reibscheibe eine größere Rolle bei der Verformung der Reibscheibeneinheit und des Bremstopfes spielt, sind diese Maßnahmen effizient.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:

1 eine Bremsscheibe mit einem Bremssattel, in dem ein Kolben geführt wird, in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,
2 die Bremsscheibe aus 1 in einer Vorderansicht,
3 einen Teil einer Bremsscheibe mit zwei Reibscheiben in einer Seitenansicht,
4 die Darstellung von 3 unter dem Einfluss von Wärmeausdehnung,
5 einen Teil einer Bremsscheibe in einer Seitenansicht mit einer von den 3 und 4 abweichenden Verbindung der Reibscheibeneinheit mit der Topfwand,
6 eine Reibscheibeneinheit mit Reibscheiben unterschiedlicher Größe zur Gestaltung/Optimierung der Wärmeleitbedingungen,
7 eine Reibscheibeneinheit mit zusätzlichen Wärmebrücken zwischen den Reibscheiben zur Optimierung der Wärmeabfuhr von der kolbenseitigen Reibscheibe,
7a einen Teil des Schnitts von 7 im Inneren des Kreises in einer speziellen Ansicht,
8 eine ähnliche Ausführung wie 7 mit einer von 7 abweichenden Verbindung der Reibscheibeneinheit mit dem Bremsscheibentopf,
9 eine Darstellung der kolbenseitigen Reibscheibe in einer Vorderansicht mit einem Ringbereich aus einem Material mit reduziertem Wärmeausdehnungskoeffizienten,
10 eine Ausführungsform einer Bremsscheibe, bei der die beiden Reibscheiben mit einer gemeinsamen Verbindungseinrichtung mit der Topfwand verbunden sind,
11 eine Querschnittsansicht gemäß der gestrichelten Linie A-A in 10,
12 eine Bremsscheibeneinheit mit Rippen für die Innenbelüftung, wobei die Rippen Fortsätze tragen, die mehr thermischen Kontakt zur kolbenseitigen Reibscheibe als zur topfseitigen Reibscheibe haben,
13 eine Querschnittsansicht gemäß der gestrichelten Linie XIII-XIII in 12,
14 eine Querschnittsansicht gemäß der gestrichelten Linie XIV-XIV in 12,
15 eine Querschnittsansicht gemäß der gestrichelten Linie XV-XV in 12, und
16 eine Seitenansicht der kolbenseitigen Reibscheibe, in der die verschiedenen ringförmigen Bereiche der kolbenseitigen Reibscheibe gekennzeichnet sind.

1 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Bremsscheibe 1 mit einem symmetrisch um eine Achse 3 angeordneten Bremsscheibentopf 2, wobei der Bremsscheibentopf 2 zum einen einen Topfboden 2a und zum anderen eine Topfwand 2b aufweist. Der Topfboden 2a kann kreisförmig und flach gestaltet sein, und die Topfwand 2b kann sich senkrecht und zylindersymmetrisch vom Topfboden 2a aus erstrecken. Die Topfwand 2b kann sich aber auch z. B. vom Topfboden aus konisch aufweiten. Mit der Topfwand 2b ist eine Reibscheibeneinheit 4 fest verbunden, die eine topfseitige Reibscheibe 4a und eine kolbenseitige Reibscheibe 4b aufweist. Die beiden Reibscheiben können miteinander verbunden werden, z. B. durch Rippen, die zwischen ihnen Belüftungskanäle bilden, wodurch eine innenbelüftete Bremsscheibeneinheit entsteht. Die beiden Reibscheiben 4a, 4b haben an ihrer Außenseite Reibflächen 5a, 5b, die beim Bremsen in Reibkontakt mit den Bremsbelägen 8a, 8b kommen. Die Bremsbeläge sind grundsätzlich in einem Bremssattel 9 gehalten, wobei der topfseitige Bremsbelag 8a ortsfest angeordnet ist, während der kolbenseitige Bremsbelag 8b an einem parallel zur Achse 3 antreibbaren Kolben 10 befestigt ist. Die Spalte zwischen den Bremsbelägen 8a, 8b und den Reibflächen 5a, 5b sind klein, so dass der Kolben 10 bei einem nur kurzen Verfahrweg den kolbenseitigen Bremsbelag gegen die Reibscheibeneinheit und die Reibscheibeneinheit gegen den topfseitigen Bremsbelag drückt und dadurch Reibungskräfte erzeugt, die zu einer Verzögerung der Drehung der Bremsscheibe 1 führen. Voraussetzung für ein effizientes Bremsverhalten und einen ungehinderten Freilauf der Bremsscheibe außerhalb von Bremsvorgängen ist eine stabile Ausrichtung der Reibflächen 5a, 5b und damit der Reibscheiben 4a, 4b senkrecht zur Achse 3. Abweichungen von einer solchen wünschenswerten Ausrichtung können z. B. durch ungleichmäßigen Verschleiß der Reibflächen 5a, 5b oder der Bremsbeläge 8a, 8b sowie durch Verformung oder Verzug der Reibscheiben oder der gesamten Bremsscheibe, z. B. durch thermische Einflüsse, hervorgerufen werden, wie im Folgenden näher beschrieben.
2 zeigt eine Scheibenbremse, wie sie bereits in 1 dargestellt ist, in einer Seitenansicht. Die Reibflächen, die tatsächlich mit den Bremsbelägen 8a, 8b in Berührung kommen, befinden sich zwischen den gestrichelten Kreislinien 11a und 11b. In dieser FIG. ist auch ein dritter ringförmiger Bereich 44b der Reibscheibe dargestellt, der sich in der Nähe des radial äußeren Randes 41b der Reibscheibe 4b befindet. Der dritte ringförmige Bereich 44b wird in Verbindung mit 16 näher beschrieben.
Ein Teil einer Bremsscheibe ist in 3 schematisch dargestellt, wobei ein Teil des Bodens 2a des Bremsscheibentopfs und ein Teil der Topfwand 2b zu sehen sind. Die Reibscheibeneinheit 4, 4a, 4b ist an der Topfwand 2b befestigt, wobei zwischen den beiden Reibscheiben 4a, 4b Verbindungsstege oder Rippen 12 vorgesehen sind, die radial ausgerichtete Kammern zwischen den Reibscheiben bilden, wodurch im Zuge der Rotation der Scheibe eine aktive Belüftung erzeugt wird. Luft, die radial auf der Innenseite zwischen den Reibscheiben 4a, 4b in der Nähe der Achse 3 eintritt, wird bei der Rotation der Bremsscheibe durch Fliehkräfte radial nach außen transportiert und fördert so aktiv einen Luftstrom, der zur Kühlung der Reibscheiben dient.
Die Stege/Rippen 12 können daher auch als Lüftungsstege/-rippen bezeichnet werden, stabilisieren aber auch die Reibscheibeneinheit, indem sie die beiden Reibscheiben 4a, 4b fest miteinander verbinden. Dazu können die Stege 12 z.B. mit den Reibscheiben zusammen gegossen oder mit den Reibscheiben in einem Fügeverfahren verbunden werden. Die Stege bilden in der Regel Wände, die von einer Reibscheibe zur anderen reichen und die Reibscheiben fest miteinander verbinden.
4 zeigt die Konstellation der Komponenten aus 3 für den Fall einer hohen Temperatur der Reibscheiben 4a, 4b. Werden die Reibscheiben durch die Reibung mit den Bremsbelägen beim Bremsen erwärmt, dehnt sich das Material der Reibscheiben, die häufig aus Gusseisen, zum Beispiel Grauguss, gefertigt sind, thermisch aus, wodurch sich die Reibscheiben insgesamt radial aufweiten. Da die Reibscheiben jedoch fest mit der Topfwand 2b verbunden sind, wirkt sich die Verbreiterung der ringförmigen Reibscheiben auf die Verbindung mit der Topfwand der Bremse aus. Beide Reibscheiben erzeugen eine Aufweitbewegung in Richtung der Pfeile 13a, 13b und damit eine Kraft in Richtung dieser Pfeile auf die Wand 2b. Die Topfwand 2b kann sich elastisch verbiegen, was zu einer Schirmung oder Konusbildung der Bremsscheibe und zu einem Kippen der Reibscheibeneinheit 4 gegen den Uhrzeigersinn führt, wie in der Figur dargestellt. Die Neigung oder Schirmung der Reibscheibeneinheit ist durch Pfeil 14, die Biegung der Wand 2b durch Pfeil 15 dargestellt. Die radiale Aufweitung der kolbenseitigen Reibscheibe 4b wirkt sich auf die Topfwand stärker aus als eine gleich große Ausdehnung der topfseitigen Reibscheibe wegen des längeren Hebelarms der Reibscheibe 4a in Bezug auf die Biegestelle bzw. Biegefläche der Topfwand. Die Hebelarme sind in 5 im Detail dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Die beschriebene Schirmung bzw. Konusbildung der Reibscheibeneinheit führt dazu, dass die Reibflächen 5a, 5b der Reibscheiben nicht mehr plan und parallel zu den Oberflächen der Bremsbeläge 8a, 8b liegen, so dass die Bremswirkung vermindert wird und ein ungleichmäßiger Verschleiß der Bremsbeläge und Reibscheiben verursacht wird. Aus diesem Grund sollte die Verformung der Topfwand und der Reibscheibeneinheit in 4 möglichst vermieden oder minimiert werden.
5 zeigt grundsätzlich einen ähnlichen Aufbau einer Bremsscheibe wie in den 3 und 4, wobei die Verbindung der Reibscheiben 4a, 4b mit der Topfwand 2b anders gestaltet ist als in der beispielhaften Ausführungsform der 3 und 4. 5 zeigt deutlich die Biegung der Topfwand 2b radial nach außen in Richtung des Pfeils 15, wobei der Neigungswinkel der Reibscheiben 4a, 4b im Wesentlichen aus dieser Biegung der Topfwand 2b resultiert. Gemäß 5 ist jede der beiden Reibscheiben 4a, 4b durch eine separate feste Verbindung mit der Topfwand 2b verbunden, so dass die von den Reibscheiben 4a, 4b bei einer thermischen Ausdehnung in Richtung der Pfeile 13a, 13b erzeugten Kräfte jeweils direkt auf die Topfwand 2b übertragen werden. Nimmt man als Modell eine Verformung der Wand 2b durch eine Kippbewegung um die Achse 16 an, so ist das von den beiden Reibscheiben 4a, 4b ausgeübte Biegemoment unterschiedlich. Der Hebelarm 17b ist deutlich länger als der Hebelarm 17a. Daher ist die Wirkung des Hebelarms 17a der Reibscheibe 4a auf eine Durchbiegung der Topfwand geringer, während der Beitrag der Reibscheibe 4b zu einer Durchbiegung der Topfwand durch den längeren Hebelarm 17b größer ist. Eine Verringerung der thermischen Ausdehnung der Reibscheibe 4b, also der kolbenseitigen Reibscheibe, während des Bremsvorgangs führt daher zu einer stärkeren Verringerung der Durchbiegung der Wand 2b, als wenn die Ausdehnung der topfseitigen Reibscheibe 4a in gleichem Maße verringert würde. Eine Minimierung der Schirmung der gezeigten Bremsscheibe kann daher besonders effizient durch Beeinflussung und Reduzierung der Wärmedehnung der kolbenseitigen Reibscheibe 4b einsetzen. Aus diesem Grund ist es Gegenstand der Erfindung, für die kolbenseitige Reibscheibe 4b ein Material zu verwenden, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials, aus dem die topfseitige Reibscheibe 4a besteht. Dies kann auch erreicht werden, wenn zumindest Teile der kolbenseitigen Reibscheibe 4b aus einem solchen Material mit einem reduzierten Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen.
So kann die kolbenseitige Reibscheibe 4b ganz oder teilweise, z. B. in einem ringförmigen Bereich der Reibscheibe 4b, aus einem Gusseisen mit Vermiculargraphit bestehen, während die topfseitige Reibscheibe aus einem Gusseisen mit Kugelgraphit gefertigt ist. Durch den Zusatz von Vermiculargraphit hat diese Art von Gusseisen einen deutlich geringeren spezifischen Wärmeausdehnungskoeffizienten als Gusseisen mit Kugelgraphit.
Eine weitere Auswirkung einer Ausführungsform, bei der die kolbenseitige Reibscheibe 4b eine geringere Wärmeausdehnung hat als die topfseitige Reibscheibe 4a, ist, dass die Reibscheibeneinheit selbst bei steigenden Temperaturen aufgrund der festen Verbindung zwischen den beiden Reibscheiben eine Verformung in Richtung des Pfeils 18 erfährt. Diese Verformung/Verwerfung der Reibscheibeneinheit wirkt der Kippbewegung der Reibscheibeneinheit infolge einer Durchbiegung der Topfwand 2b entgegen, so dass auch dieser Effekt zur Minimierung der Schirmung der Bremsscheibe beiträgt und somit die Gesamtschirmung reduziert.
6 zeigt eine Konstruktion, bei der die topfseitige Reibscheibe 4a direkt mechanisch mit der Topfwand 2b verbunden, d. h. fest mit ihr verbunden ist, während die kolbenseitige Reibscheibe 4b über die topfseitige Reibscheibe 4a mit der Topfwand 2b verbunden ist. Bei der Ausführungsform von 6 ist der Innendurchmesser der kolbenseitigen Reibscheibe 4b um den Betrag d1 kleiner als der Innendurchmesser der topfseitigen Reibscheibe 4a. Aufgrund der kleineren Abmessungen der kolbenseitigen Reibscheibe kann allein dieser Effekt bei gleichem Temperaturanstieg beider Reibscheiben eine geringere Aufweitung der kolbenseitigen Reibscheibe bewirken. Alternativ oder zusätzlich kann der Außendurchmesser der kolbenseitigen Reibscheibe 4b auch um den Betrag d2 kleiner gewählt werden als der Außendurchmesser der topfseitigen Reibscheibe 4a, um den Effekt der thermischen Ausdehnung zu verringern. d1 und/oder d2 könnten größer als 0,4 mm und/oder kleiner als 0,8 mm gewählt werden, beispielsweise im Bereich von 0,6 mm. Für alle Fälle, d.h. kleinerer Innen- und/oder Außendurchmesser der kolbenseitigen Reibscheibe im Vergleich zur topfseitigen Reibscheibe oder gleiche Innen- und Außendurchmesser beider Scheiben, kann als zusätzliche Maßnahme auch vorgesehen sein, dass die Dicke der kolbenseitigen Scheibe etwas größer ist als die Dicke der topfseitigen Scheibe. Zum Beispiel kann die kolbenseitige Scheibe in axialer Richtung mindestens 1 % oder 2 % oder mindestens 3 % dicker sein als die topfseitige Scheibe. Im Allgemeinen wird jedoch angestrebt, den Reibringen keine zusätzliche Masse zu verleihen. Es könnte daher vorgesehen werden, die Masse der kolbenseitigen Reibscheibe unverändert zu lassen und auf demselben Wert wie die Masse der topfseitigen Reibscheibe zu belassen, aber ihre Gesamtdicke etwas zu verringern und gleichzeitig radiale Rippen 22a, 22b für den Wärmetransport hinzuzufügen (vgl. 9) auf der Oberfläche der kolbenseitigen Reibscheibe, die der topfseitigen Reibscheibe gegenüberliegt. Durch diese Maßnahme würde, ohne eine Änderung der thermischen und kinetischen Masse, der Wärmetransport in radialer Richtung der kolbenseitigen Scheibe durch die Wärmetransportrippen verbessert werden. Die Wärmetransportrippen sind zusätzlich zu den Rippen vorzusehen, die die beiden Reibscheiben verbinden und die Lamellen 12 für die innere Belüftung der Bremsscheibeneinheit bilden. Die Rippen und Lamellen sind in 9 detaillierter dargestellt. Durch diese Maßnahme kann ein besserer thermischer Kontakt der kolbenseitigen Reibscheibe mit der Topfwand 2b erreicht werden als der thermische Kontakt der topfseitigen Reibscheibe mit der Topfwand. Durch die Wahl einer etwas größeren Dicke der kolbenseitigen Reibscheibe als der topfseitigen Reibscheibe würde die Wärmekapazität der kolbenseitigen Reibscheibe vergrößert, so dass der Temperaturanstieg dieser Scheibe im Falle einer Bremsung geringer sein kann als der der topfseitigen Reibscheibe.
Eine weitere mögliche Maßnahme könnte auch darin bestehen, dass der Koeffizient der spezifischen Wärmekapazität des für die kolbenseitige Reibscheibe verwendeten Materials höher ist als der Koeffizient der spezifischen Wärmekapazität oder Wärmekapazität des für die topfseitige Reibscheibe verwendeten Materials. Dies würde auch bei einer thermischen Belastung durch einen Bremsvorgang zu einem geringeren Temperaturanstieg auf der Kolbenseite als auf der topfseitigen Seite führen.
7 zeigt eine ähnliche Konstruktion wie in 6, wobei die kolbenseitige Reibscheibe 4b mit der Topfwand 2b mit möglichst geringem thermischen Widerstand thermisch verbunden ist. Wärmebrücken werden durch strangförmige Wärmeleitkörper 19a, 19b, 19c, 19d zwischen den beiden Reibscheiben 4a, 4b gebildet, z.B. durch Stäbe oder Kolben, die mit den Stegen/Rippen 12 verbunden werden können, die Rippen für die Innenbelüftung der Bremsscheibe bilden, oder durch andere Körper mit guter Wärmeleitfähigkeit, sogenannte Wärmeleitkörper, die jeweils von einem radial weiter außen liegenden Bereich der kolbenseitigen Reibscheibe 4b zu einem radial innen liegenden Bereich der topfseitigen Reibscheibe 4a führen. Mit anderen Worten, jeder der wärmeleitenden Körper, die vorgesehen sind, um zusätzliche Wärmebrücken zwischen der topfseitigen Reibscheibe und der kolbenseitigen Reibscheibe zu bilden, steht über einen ersten Kontaktbereich 25b mit der kolbenseitigen Reibscheibe und über einen zweiten Kontaktbereich 25a mit der topfseitigen Reibscheibe in Kontakt, wobei der gesamte oder zumindest der größte Teil des zweiten Kontaktbereichs jedes Körpers einen geringeren Abstand von der Achse 3 und/oder von der Topfwand 2b aufweist als der erste Kontaktbereich desselben Körpers. So kann vorgesehen sein, dass der Schwerpunkt oder geometrische Schwerpunkt, auch bekannt als geometrischer Mittelpunkt der zweiten Kontaktfläche 25a jedes Wärmeleitkörpers näher an der Achse 3 liegt als der Schwerpunkt/geometrische Schwerpunkt/geometrische Mittelpunkt der ersten Kontaktfläche 25b desselben Wärmeleitkörpers, wie in 7a, die einen Schnitt von 7 zeigt, im Inneren des Kreises näher dargestellt ist.
Als Gesamtkonsequenz sind die radial äußeren Bereiche der Reibscheibe 4b durch die Wirkung der Wärmeleitkörper 19a, 19b, 19c, 19d thermisch besser und mit geringerem Wärmewiderstand an die radial inneren Bereiche der Reibscheibe 4a und damit an die Wand 2b angeschlossen als die radial äußeren Bereiche der topfseitigen Reibscheibe 4a. Dies bedeutet, dass die bei einem Bremsvorgang entstehende Wärme von der kolbenseitigen Reibscheibe 4b besser an die Wand 2b abgeführt werden kann als von der topfseitigen Reibscheibe 4a, was bedeutet, dass während des Bremsvorgangs und auch danach in der Abkühlphase die Wärme von der kolbenseitigen Reibscheibe 4b besser abgeführt wird als von der topfseitigen Reibscheibe 4a. Dadurch kann eine insgesamt niedrigere Temperatur der kolbenseitigen Reibscheibe 4b erreicht werden. Die Topfwand kann, ebenso wie der Topfboden 2a des Bremstopfes, aus Aluminium bestehen, das einen höheren Wärmeleitkoeffizienten und damit eine bessere Wärmeleitung als beispielsweise das Gusseisen der Reibscheiben aufweist.
In 8 ist dargestellt, dass bei einer direkten und unmittelbaren Verbindung der beiden Reibscheiben 4a, 4b mit der Wand 2b, insbesondere wenn der Innendurchmesser der kolbenseitigen Reibscheibe kleiner ist als der Innendurchmesser der topfseitigen Reibscheibe, eine effizientere thermische Verbindung der kolbenseitigen Reibscheibe mit der Topfwand gelingt als bei der topfseitigen Reibscheibe 4a. Der radial innere Bereich der kolbenseitigen Reibscheibe 4b kann in größerem Maße als bei der topfseitigen Reibscheibe 4a in direktem Kontakt mit dem gut wärmeleitenden Material der Topfwand 2b stehen.
9 zeigt eine Bremsscheibe mit einem Bremssattel 20 in einer Vorderansicht, wobei die Bremsscheibe insgesamt mit 1 und eine Reibscheibe mit 4b bezeichnet ist. Auf der Reibscheibe 4b ist zwischen den beiden gestrichelten Linien 21a und 21b ein ringförmiger Bereich 6 markiert, dessen Material beispielhaft einen geringeren spezifischen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als die anderen Bereiche der Reibscheibe 4b. Dadurch wird die Übertragung einer Wärmedehnung in den äußeren Bereichen der Reibscheibe 4b auf die radial innere Wand 2b der Bremsscheibe reduziert. Der ringförmige Bereich 6 kann sich in der inneren Hälfte der Reibscheibe 4b befinden, z. B. unmittelbar neben der Wand 2b.
Der Ausdehnungskoeffizient des Materials der kolbenseitigen Reibscheibe oder eines Teils davon kann z. B. 0,8×10 -5 pro Kelvin oder 0,85×10 -5 pro Kelvin oder 0,9×10 -5 pro Kelvin betragen. Das Material der topfseitigen Reibscheibe kann dann einen spezifischen Wärmeausdehnungskoeffizienten von z.B. 1×10 -5 pro Kelvin oder 1,2×10 -5 pro Kelvin aufweisen. Grundsätzlich kann es von Vorteil sein, wenn das Material der kolbenseitigen Reibscheibe oder ein Ringbereich der kolbenseitigen Reibscheibe einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der mindestens 10 %, insbesondere mindestens 15 % oder mindestens 20 % kleiner als der spezifische Wärmeausdehnungskoeffizient der topfseitigen Reibscheibe ist. Der ringförmige Bereich 6 mit einem im Vergleich zum Rest der Reibscheibe reduzierten spezifischen Wärmeausdehnungskoeffizienten kann radial innen angeordnet sein, zum Beispiel am inneren Rand der ringförmigen Reibscheibe, aber auch im mittleren Bereich oder im radial äußeren Bereich, insbesondere am äußeren Rand 41b der Reibscheibe.
In 9 sind an der Innenfläche der kolbenseitigen Reibscheibe 4b, die der topfseitigen Reibscheibe 4a zugewandt ist, zusätzlich zu den Rippen 12, 12a für die Innenbelüftung der Bremsscheibeneinheit einige Vorsprünge in Form von strangförmigen Rippen oder Stegen 22a, 22b, 22c vorgesehen. Jede Rippe oder jeder Steg steht in axialer Richtung von der Reibscheibe ab und hat in seiner radialen Erstreckung in der Ebene parallel zur Oberfläche der Reibscheibe zwei Enden 26a, 26b, wobei ein erstes Ende 26a seiner Längserstreckung radial näher an der Achse 3 des Bremsscheibentopfes 2 (in 9 nicht dargestellt) liegt als das zweite Ende 26b. Die topfseitige Reibscheibe hat keine derartigen Rippen oder Stege oder, falls sie solche Elemente aufweist, ist die Querschnittsfläche jeder einzelnen Rippe und/oder deren Summe kleiner als die entsprechenden Querschnittsflächen auf der Seite der kolbenseitigen Reibscheibe. In 9 sind als Beispiel einige gerade Wärmetransportrippen 22a, 22b, 22c dargestellt, sie können aber auch gebogen sein. Die Wärmetransportstege/-rippen oder die Richtung ihrer längsten Erstreckung können zumindest teilweise auf eine radiale Richtung ausgerichtet sein oder die Wärmetransportstege/-rippen können streng radial oder beispielsweise in einem Winkel von weniger als 30 Grad von der radialen Richtung abweichend verlaufen. Die Wärmetransportrippen können z. B. keinen oder nur minimalen thermischen Kontakt zur topfseitigen Reibscheibe haben, oder wenn sie thermischen Kontakt zur topfseitigen Reibscheibe haben, dann vorzugsweise an ihren Enden, die näher an der Achse 3 liegen als die anderen Enden.
Die Wärmetransportrippen können z.B. aus dem gleichen Material wie die Reibscheiben 4a, 4b bestehen und z.B. in einem einzigen Gießvorgang mit diesen gegossen werden.
10 zeigt schematisch den Aufbau eines Teils einer Bremsscheibe, bei der eine Reibscheibeneinheit 4 derart mit einer Topfwand 2b verbunden ist, dass jeweils zwei einzelne Reibscheiben 4a, 4b direkt mit einer Befestigungseinrichtung verbunden oder teilweise darin eingebettet sind, die durch einen Anbindungsring 7 gebildet wird, der in diesem konkreten Fall als massiver Metallring ausgebildet ist, der seinerseits mit der Topfwand 2b einstückig verbunden oder teilweise darin eingebettet ist. Die beiden Reibscheiben können z. B. jeweils separat in den Ring 7 eingegossen werden, der entweder geklebt, gelötet oder mit der Wandung verbunden wird oder mit der Wandung 2b einstückig gegossen wird. Es könnte auch vorgesehen sein, dass der Anbindungsring als Ring mit mehreren auf seiner radialen Innenseite um den Umfang verteilten, radial nach innen weisenden Kolben ausgebildet ist, wobei die Kolben jeweils in der Topfwand 2b verankert sind.
Auch in dieser Konfiguration kann die kolbenseitige Reibscheibe 4b insgesamt oder teilweise einen geringeren spezifischen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen als die topfseitige Reibscheibe 4a. Darüber hinaus können, wie bereits in den 7 und 8 gezeigt, auch Wärmebrücken zwischen der kolbenseitigen Reibscheibe 4b und dem Anbindungsring 7 oder zwischen der kolbenseitigen Reibscheibe 4b und radial inneren Teilen der topfseitigen Reibscheibe vorgesehen sein, um den Wärmetransport zwischen der kolbenseitigen Reibscheibe 4b und dem Anbindungsring 7 effektiver zu gestalten als den Wärmetransport von der topfseitigen Reibscheibe 4a zum Anbindungsring 7.
In 11 ist ein Querschnitt dargestellt, wie er in 10 durch die gestrichelte Linie A-A angedeutet ist. Es ist zu erkennen, dass der Steg oder die Rippe 12 einen Querschnitt mit einer größeren Kontaktfläche zum kolbenseitigen Reibring aufweist als die Kontaktfläche zur topfseitigen Reibscheibe. Dies kann zum Beispiel durch einen trapezförmigen Querschnitt der Rippen 12 erreicht werden. Das bedeutet, dass entlang der Länge der Rippen oder zumindest eines Teils der Rippen, zumindest auf dem größten Teil ihrer Länge in jeder Querschnittsansicht, die Berührungslinie zwischen den Rippen und der kolbenseitigen Reibscheibe länger ist als die Berührungslinie zwischen der gleichen Rippe und der topfseitigen Reibscheibe in dergleichen Querschnittsansicht.
Durch diese Maßnahme addiert sich der Querschnitt der Rippen hauptsächlich zum Querschnitt der kolbenseitigen Reibscheibe und unterstützt den Transport von Wärme-/Thermalenergie von der kolbenseitigen Reibscheibe in radialer Richtung zur Topfwand 2b.
12 zeigt eine Bremsscheibeneinheit mit einer kolbenseitigen Reibscheibe 4b und einer topfseitigen Reibscheibe 4a, wobei die radialen Innenseiten der Reibscheiben beide in der Topfwand 2b eingebettet sind. Ferner sind Rippen 12 für die Innenbelüftung dargestellt, wobei die Rippen 12 Verlängerungen oder wärmeleitende Körper 23, 24 tragen, die mehr thermischen Kontakt zur kolbenseitigen Reibscheibe als zur topfseitigen Reibscheibe haben. Die Verlängerungen 23, 24 können auch als Rippen oder Stege betrachtet werden, die aus der Oberfläche der kolbenseitigen Reibscheibe 4b herausragen und gleichzeitig in Kontakt mit den Rippen 12 stehen. In dem in 12 dargestellten Beispiel haben die Verlängerungen 23, 24 eine dreieckige Form, wobei sich die Basis des Dreiecks an der Topfwand 2b befindet. Die Verlängerungen sind mit den Rippen 12 und mit der kolbenseitigen Reibscheibe verbunden, so dass sie der Reibscheibe 4a zusätzliche Wärmeleitfähigkeit verleihen. Die Verlängerungen 23, 24 dienen vor allem dem Wärmetransport in radialer Richtung von der Reibscheibe 4a zur Topfwand 2b. 13, 14 und 15 sind Querschnittsdarstellungen, die zeigen, dass der Querschnitt der Verlängerungen 23, 24 von ihrem radial äußeren Rand zu ihrem radial inneren Rand/zur Topfwand 2b hin zunimmt, wo sie mehr Wärme transportieren müssen als in den radial äußeren Bereichen. Dadurch wird die Masse, die der Reibscheibe durch die Verlängerungen hinzugefügt wird, minimiert.
In 16 ist eine Seitenansicht der kolbenseitigen Reibscheibe dargestellt, in der die verschiedenen ringförmigen Bereiche 42b, 43b, 44b der kolbenseitigen Reibscheibe gezeigt werden. Dabei ist zu beachten, dass jeder der ersten, zweiten und dritten ringförmigen Bereiche auf der topfseitigen Reibscheibe den gleichen Innen- und Außendurchmesser hat wie die entsprechenden Bereiche der kolbenseitigen Reibscheibe. Der radial äußere Rand der kolbenseitigen Reibscheibe wird mit 41b bezeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wärmewiderstand zwischen dem radial äußeren Rand 41b der kolbenseitigen Reibscheibe 4b und der Topfwand (in 16 nicht dargestellt) geringer ist als der Wärmewiderstand zwischen dem radial äußeren Rand 41a der topfseitigen Reibscheibe 4a und der Topfwand.
Wie bereits oben erläutert, kann auch vorgesehen sein, dass der Wärmeleitwiderstand zwischen einem ersten ringförmigen Bereich 42b und/oder einem zweiten Ringbereich 43b und/oder einem dritten Ringbereich 44b der kolbenseitigen Reibscheibe einerseits und der Topfwand andererseits geringer ist als der Wärmeleitwiderstand zwischen dem jeweiligen Ringbereich der topfseitigen Reibscheibe und der Topfwand.
Dabei entspricht der Innendurchmesser des ersten Ringbereichs 42b gemäß dem gezeigten Beispiel der Mitte des ringförmigen Bereichs der Reibscheiben, der bei einem Bremsvorgang mit den Bremsbelägen 8a, 8b in Kontakt kommt.
Der Innendurchmesser des zweiten Bereichs 43b entspricht dem radialen Innendurchmesser des ringförmigen Bereichs der Reibscheiben, der bei einer Bremsung mit den Bremsbelägen 8a, 8b in Berührung kommt.
Der dritte ringförmige Bereich 44b befindet sich im Anschluss an den radial äußeren Rand 41b der kolbenseitigen Reibscheibe.
Durch die beschriebenen Maßnahmen ist es insgesamt möglich, die Wärmeausdehnung einer kolbenseitigen Reibscheibe gegenüber der Wärmeausdehnung einer topfseitigen Reibscheibe zu verringern, so dass die Gesamtschirmung der Bremsscheibe 1 reduziert bzw. verhindert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012024011 B3 [0005]
DE 102012010728 B3 [0006]
DE 102012024298 A1 [0007]
DE 102013001322 A1 [0008]
DE 102012010729 A1 [0009]
DE 102012024496 B3 [0010]
DE 4331683 A1 [0011]

Claims

Bremsscheibe (1) für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs mit einem Bremsscheibentopf (2), der einen Topfboden (2a), eine Topfwand (2b) und eine Achse (3) aufweist sowie mit einer Reibscheibeneinheit (4), die mit der Topfwand fest verbunden ist und zwei parallel zueinander angeordnete Reibscheiben (4a, 4b) in Form einer topfseitigen Reibscheibe (4a) und einer kolbenseitigen Reibscheibe (4b) mit Reibflächen (5a, 5b) aufweist, die senkrecht zu der Achse (3) angeordnet sind, wobei die topfseitige Reibscheibe (4a) dem Topfboden (2a) näher ist als die kolbenseitige Reibscheibe (4b), dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmewiderstand zwischen dem radial äußeren Rand (41b) der kolbenseitigen Reibscheibe (4b) und der Topfwand geringer ist als der Wärmewiderstand zwischen dem radial äußeren Rand (41a) der topfseitigen Reibscheibe (4a) und der Topfwand.
Bremsscheibe (1) für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs mit einem Bremsscheibentopf (2), der einen Topfboden (2a), eine Topfwand (2b) und eine Achse (3) aufweist sowie mit einer Reibscheibeneinheit (4), die mit der Topfwand fest verbunden ist und zwei parallel zueinander angeordnete Reibscheiben (4a, 4b) in Form einer topfseitigen Reibscheibe (4a) und einer kolbenseitigen Reibscheibe (4b) mit Reibflächen (5a, 5b) aufweist, die senkrecht zu der Achse (3) angeordnet sind, wobei die topfseitige Reibscheibe (4a) dem Topfboden (2a) näher ist als die kolbenseitige Reibscheibe (4b), dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitwiderstand zwischen mindestens einem ersten ringförmigen Bereich (42b) der kolbenseitigen Reibscheibe, die einen ersten Innendurchmesser aufweist, und der Topfwand geringer ist als der Wärmeleitwiderstand zwischen einem ersten ringförmigen Bereich der topfseitigen Reibscheibe, welche denselben ersten Innendurchmesser aufweist, und der Topfwand, wobei insbesondere der erste Innendurchmesser dem Durchmesser der Mitte des ringförmigen Bereichs der Reibscheiben entspricht, der während eines Bremsvorgangs mit den Bremsbelägen in Kontakt kommt.
Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kolbenseitige Reibscheibe einen zweiten ringförmigen Bereich (43b) mit einem zweiten Innendurchmesser aufweist, der koaxial zum ersten ringförmigen Bereich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmewiderstand zwischen dem zweiten ringförmigen Bereich und der Topfwand (2b) geringer ist als der Wärmewiderstand zwischen einem entsprechenden zweiten ringförmigen der topfseitigen Reibscheibe, der den gleichen zweiten Innendurchmesser aufweist, und der Topfwand, wobei insbesondere der zweite Innendurchmesser dem Innendurchmesser des ringförmigen Bereich der Reibscheiben entspricht, der während eines Bremsvorgangs mit den Bremsbelägen in Kontakt kommt.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kolbenseitige Reibscheibe (4b) einen dritten ringförmigen Bereich (44b) mit einem dritten Innendurchmesser aufweist, der koaxial zum ersten ringförmigen Bereich (42b) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmewiderstand zwischen dem dritten ringförmigen Bereich und der Topfwand (2b) geringer ist als der Wärmewiderstand zwischen einem entsprechenden dritten ringförmigen der topfseitigen Reibscheibe (4a), der den gleichen dritten Innendurchmesser aufweist, und der Topfwand, wobei insbesondere der dritte ringförmigen Bereich dem radial äußeren Rand der kolbenseitigen Reibscheibe benachbart angeordnet ist.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Vorsprünge in Form von strangförmigen Rippen oder Stegen (22a, 22b, 23, 24) entlang der Innenfläche der kolbenseitigen Reibscheibe (4b), die der topfseitigen Reibscheibe (4a) zugewandt ist, vorgesehen sind, wobei jede Rippe oder jeder Steg zwei Enden (26a, 26b) aufweist, wobei ein erstes Ende (26a) seiner Längserstreckung radial näher an der Achse (3) des Bremsscheibentopfes (2) liegt als das zweite Ende (26b), und wobei insbesondere die topfseitige Reibscheibe keine derartigen Rippen oder Stege aufweist oder die Summe der Querschnitte derartiger Rippen oder Stege auf der Innenseite der topfseitigen Reibscheibe kleiner ist als die Summe der Querschnitte der Rippen oder Stege auf der kolbenseitigen Reibscheibe.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der kolbenseitigen Reibscheibe (4b) und der topfseitigen Reibscheibe (4a) Wärmeleitkörper (19a, 19b, 19c, 19d) vorgesehen sind, die jeweils mit ihrem ersten Ende über eine erste Kontaktfläche (25b) mit der kolbenseitigen Reibscheibe (4b) und mit ihrem zweiten Ende über eine zweite Kontaktfläche (25a) mit der topfseitigen Reibscheibe (4a) verbunden sind, wobei die zweite Kontaktfläche jedes Wärmeleitkörpers näher an der Achse (3) und/oder Topfwand (2b) liegt als die erste Kontaktfläche desselben Wärmeleitkörpers.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein ringförmiger Teil der kolbenseitigen Reibscheibe (4b) aus einem Material besteht, dessen spezifischer Wärmeleitkoeffizient größer ist als der Wärmeleitkoeffizient der übrigen Bereiche der kolbenseitigen Reibscheibe.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf (2) zumindest zum größten Teil, insbesondere vollständig, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibscheiben zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus Gusseisen oder einer oder mehreren Gusseisenlegierungen bestehen.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die topfseitige Reibscheibe (4a) direkt mit der Topfwand (2b) fest verbunden ist und dass die kolbenseitige Reibscheibe (4b) in ihrem radial inneren Bereich über die topfseitige Reibscheibe mit der Topfwand verbunden ist.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die topfseitige Reibscheibe (4a) als auch die kolbenseitige Reibscheibe (4b) jeweils unmittelbar mit der Topfwand (2b) fest verbunden sind.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die topfseitige Reibscheibe (4a) als auch die kolbenseitige Reibscheibe (4b) jeweils mit einem gemeinsamen Anbindungsring (7) verbunden sind, der seinerseits fest mit der Topfwand (2b) verbunden ist.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die kolbenseitige Reibscheibe (4b) zumindest teilweise, insbesondere in einem ringförmigen Bereich (6) oder in mehreren gleichmäßig azimutal um die Achse (3) in der Reibscheibe verteilten Bereichen, aus einem Material besteht, dessen spezifischer Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient der topfseitigen Reibscheibe (4a).
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein ringförmiger Bereich (6) der kolbenseitigen Reibscheibe (4b) aus einem Material besteht, dessen spezifischer Wärmeausdehnungskoeffizient geringer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient der übrigen Bereiche der kolbenseitigen Reibscheibe.