DE4003732A1 - Bremsscheibe fuer scheibenbremsen von fahrzeugen, insbesondere kettenfahrzeugen - Google Patents

Description

Bremsscheiben von Fahrzeugen werden oft hoch belastet. Das gilt insbesondere für Kettenfahrzeuge, bei denen die Brems­ scheiben bei starker Belastung in einen Temperaturbereich von etwa 800°C gelangen. Hierbei treten erhebliche Material­ spannungen auf. Insbesondere hat sich gezeigt, daß der Sitz der Bremsscheibe auf der Antriebsachse sich ändert, da die Materialverformungen Hystereseeigenschaften aufweisen.

Zur Verbesserung der Scheibenkühlung hat man daher die Brems­ scheiben mit Kanälen zur Luftkühlung versehen, wie dies bei­ spielsweise aus der DE-OS 25 10 640 bekannt ist. Wie aus der gleichen Literaturstelle ersichtlich, hat man zur Vermin­ derung der Materialspannungen darüber hinaus noch die Brems­ scheibe in eine Reibscheibe und einen Tragkörper unterteilt, wobei zur Herabminderung der Materialspannungen für eine elastische Verbindung zwischen der Reibscheibe und dem Trag­ körper gesorgt wird. Eine derartige Teilung schafft darüber­ hinaus die Möglichkeit, bei einer schadhaften Bremsscheibe nur die in der Regel beschädigte außenliegende Reibscheibe zu ersetzen.

Um die Belastung der Bremsscheibe weiter herabzusetzen, ist weiterhin vorgeschlagen worden, diese schwimmend zu lagern, um selbsttätig einen gewissen Toleranzausgleich herbeiführen zu können. Eine derartige Konstruktion ist beispielsweise aus der DE-OS 14 18 298 bekannt. Auch hierbei kann das Problem auftreten, daß nach Erreichen hoher Scheibentemperaturen eine schwimmende Lagerung der Bremsscheibe nicht mehr gegeben ist, da die Innenfläche des Tragkörpers nach dem Erreichen der Ruhetemperatur nicht mehr ihren alten Zustand einnimmt und sich nicht mehr von der Fahrzeugachse lösen läßt (Schrumpfen).

Nachteilig bei einer Bremsscheibe der in der DE-OS 25 10 640 beschriebenen Art ist es, daß diese sich nur schwer zusammen­ setzen und demontieren läßt sowie einen recht aufwendigen Aufbau besitzt. Darüber hinaus ist das mittels eines elastischen Zwischenrings übertragbare Drehmoment vielfach zu gering.

Die Erfindung geht daher aus von einer Bremsscheibe der sich aus dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ergebenden Gattung. Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Bremsscheibe hinsichtlich des übertragbaren Bremsmomentes zu verbessern und hinsichtlich des Aufbaus zu vereinfachen.

Die Erfindung wird durch die in dem sich aus dem kennzeich­ nenden Teil des Hauptanspruchs ergebende Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, zwischen äußerer Reibscheibe und innerem Tragkörper nur einzelne An­ sätze zur Verbindung dieser beiden Baugruppen vorzusehen. Diese Ansätze halten sowohl den überwiegenden Teil der von der Reibscheibe aufgenommenen Reibenergie fern von dem Trag­ körper und damit der Verbindung zwischen Tragkörper und Fahr­ zeugachse. Außerdem weisen diese Ansätze aufgrund ihrer ge­ genüber der Reibscheibe verminderten räumlichen Ausdehnung eine hinreichende Elastizität auf, indem sie ähnlich wie Speichen zwischen der Reibscheibe und dem Tragkörper wirken. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung fördert gleichzeitig noch die Zufuhr von Luft zu der Reibscheibe, da zwischen den An­ sätzen die Luft in axialer Richtung unter der Reibscheibe hindurchtreten und so die gesamte Scheibe umfließen kann.

Eine besonders einfache Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe ergibt sich in Weiterbildung der Erfindung durch die Anwendung der Merkmalskombination nach Anspruch 2. Die An­ sätze werden dabei als einfache Fortsetzungen von Ventilationsrippen herausgeführt. Da die Reibscheibe mit den zwei seitlichen Reibringen und den Ventilationsrippen viel­ fach als eine gegossene Einheit hergestellt wird, wird die Kühlung innerhalb der Scheibe durch die Ansätze nicht behin­ dert. Im Gegensatz dazu können die Ansätze derart ausgestal­ tet sein, daß sie die Luftkühlung innerhalb der Reibscheibe noch unterstützen. Bei dieser Ausgestaltung können auch die Ansätze als Gußteile an die Ventilationsrippen angegossen sein.

Um die Federwirkung der Ansätze noch zu erhöhen, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung eine Ausgestaltung nach Anspruch 3. Durch diese Maßnahme wird nicht nur der für den Wärmeübergang zur Verfügung stehende Weg verlängert und damit der Wärmeübergang vermindert. Es werden darüber hinaus auch noch die Zug- und Druckspannungen zum Teil in Biegespannungen umgewandelt, die sich über die gesamte Länge der in Umfangs­ richtung verlängerten Ansätze verteilen. Außerdem ist es mög­ lich, die Längenänderung der Ansätze durch eine kleine Win­ keldrehung der Reibscheibe gegenüber dem Tragkörper auszu­ gleichen.

Eine besonders einfache Ausgestaltung der Bremsscheibe erhält man durch die Anwendung der in Anspruch 4 ausgeführten Merk­ malskombination. Danach besteht die Bremsscheibe inklusive Tragkörper aus einem einzigen Gußteil, und auch das für den Fall, daß die Bremsscheibe mit Belüftungskanälen versehen ist.

In Abwandlung der Merkmalskombination nach Anspruch 4 läßt sich eine Weitererhöhung der Verschiebbarkeit der Reibscheibe gegenüber dem Tragkörper in radialer Richtung durch Anwendung der Merkmalskombination gemäß Anspruch 5 erreichen. Im Prinzip schwimmt somit die Reibscheibe gegenüber dem Tragkör­ per insbesondere in radialer, ggf. aber auch in axialer und tangentialer Richtung, so daß hier dauerhafte Materialverfor­ mungen ohne Schwierigkeiten ausgeglichen werden können. Außerdem verringert sich nochmals die Wärmeübergangsfläche in Richtung zum Tragkörper hin, so daß dieser noch weiter ent­ lastet wird.

Eine weitere Verbesserung im Temperaturverhalten der Brems­ scheibe läßt sich durch die in Anspruch 8 dargelegte Maßnahme erreichen. Man erhält so Ventilationsrippen, die ähnlich wie Turbinenschaufeln angeordnet sind und damit die Belüftung der Scheibe erheblich verbessern. Um bei gleichbleibender Belüf­ tung und mechanischer Festigkeit der Reibscheibe das Wärme­ übergangsverhalten zum Tragkörper hin und die Elastizität der Reibscheibe gegenüber dem Tragkörper noch zu erhöhen, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Anwendung der Merkmalskombination nach Anspruch 9.

Um die Montage der mit Ansätzen gemäß Anspruch 5 versehenen Bremsscheibe auf dem Tragkörper zu erleichtern, dient die in Anspruch 10 aufgeführte Maßnahme. Entfernt man die Abdeck­ scheiben auf einer Seite des Tragkörpers, so sind die Ausneh­ mungen auf dieser Seite in axialer Richtung offen, so daß die in radiale Richtung weisenden Endabschnitte der Ansätze durch eine axiale Verschiebung der Reibscheibe in die Ausnehmungen eingeführt werden können. Anschließend muß die Möglichkeit einer axialen Bewegung der Reibscheibe gegenüber dem Tragkör­ per durch ein Verschließen der Ausnehmungen mit Hilfe der Ab­ deckscheiben begrenzt werden. Es ist aber zu ersehen, daß durch diese Maßnahmen ein einfaches Auswechseln der Reib­ scheibe möglich ist, indem diese vom Tragkörper herunterge­ hoben wird. Anstatt nun für jede der Ausnehmungen eine ein­ zelne Abdeckscheibe vorzusehen, kann in vorteilhafter Weiter­ bildung der Erfindung eine Kombination von Merkmalen gemäß Anspruch 11 Verwendung finden, indem auf jeder Seite des Tragkörpers nur ein einziges im wesentlichen ringförmiges Ab­ deckblech nach dem Einfädeln der Reibscheibe am Tragkörper befestigt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 die obere Hälfte eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe;

Fig. 2 in gebrochener Darstellung die Gegenüberstellung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 gegenüber einem zwei­ ten Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt eine Bremsscheibe 1, die sich aus einer Reib­ scheibe 6 und einem Tragkörper 2 zusammensetzt. Die Reib­ scheibe besteht aus zwei von den Bremsbelägen beaufschlagten Reibringen 10, die über Ventilationsrippen 3 miteinander ver­ bunden sind.

Der Tragkörper 2 sitzt auf einer Fahrzeugachse 7 und ist ge­ genüber dieser senkrecht zur Betrachterebene axial verschieb­ bar, wodurch sich in dieser Richtung eine schwimmende La­ gerung ergibt. Hierdurch kann einerseits die Betätigungsein­ richtung der Bremsklötze einfacher ausgestaltet werden oder die schwimmende Lagerung kann zum Ausgleich von Toleranzen dienen. Beim Drehen der Fahrzeugachse in der bevorzugten Richtung V wird die Bremsscheibe 1 in diese Richtung mitge­ nommen. Bei derartigen Scheiben besteht die Schwierigkeit, daß bei den auftretenden hohen Temperaturen (bis zu über 800°C) der Tragkörper 2 sich gegenüber der Fahrzeugachse 7 ver­ spannt, indem der Tragkörperinnendurchmesser sich zusammen­ zieht, abschließend aber nicht auf die ursprüngliche Ausdeh­ nung zurückgeht. Auf diese Weise ist eine schwimmende La­ gerung des Tragkörpers auf der Fahrzeugachse nicht mehr gege­ ben. Die Erfindung schlägt nun vor, einzelne Ansätze vorzuse­ hen, die in vorgegebenen Abständen die Reibscheibe 6 mit dem Tragkörper 2 verbinden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die als Verbindungselemente dienenden einzelnen Ansätze 4 Fortsetzungen einzelner Ventilationsrippen 3, wobei im vor­ liegenden Ausführungsbeispiel jede vierte Ventilationsrippe einen Ansatz besitzt. Diese Ansätze zeichnen sich dadurch aus, daß sie in ihrem Mittelteil in tangentialer Richtung verlaufen, wodurch sich ihre Elastizität erheblich erhöht. Außerdem besitzen diese Ansätze an ihren Angriffsbereichen 14 und 16 an der Reibscheibe bzw. dem Tragkörper einen breit auslaufenden Ansatz, um die Biegekräfte besser aufnehmen zu können, während der Mittelteil zur Vergrößerung der Elastizität und Minderung des Wärmeübergangs relativ schmal gehalten ist. Die Verbindungselemente sind an der Brems­ scheibe 1 und dem Tragkörper 2 angegossen, so daß die aus Reibscheibe 6 und Tragkörper 2 bestehende Bremsscheibe 1 ein durchgehendes Gußteil ist.

Die Ventilationsrippen 3 stehen in einem Winkel zur jeweili­ gen Radialachse, die im vorliegenden Fall etwa 35° beträgt. Dabei sind die einzelnen Rippen, ausgehend vom äußeren Rand des Reibrings 10, in Drehrichtung der Scheibe gekrümmt, so daß die Ventilationsrippen 3 etwa die Schaufelform einer Tur­ binenschaufel haben. Die zu kühlende Luft wird dabei vom in­ neren Rand der Reibscheibe 6 her zu deren äußeren Rand hin gefördert. Es ist zu erkennen, daß durch die in Abständen zu­ einander stehenden strebenförmigen Verbindungselemente 4 eine erhebliche Verbesserung der Belüftung der Reibscheibe gegeben ist, da diese Konstruktion das Umspülen der Reibscheibe durch Luft von unten her erleichtert.

Der Vorteil der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die beim Zusammenziehen des inneren Scheibenrandes unter Hitze entstehende Verformung durch die Verbindungselemente 4 aufgefangen wird, so daß der Tragkörper 2 weitgehend frei von radial nach innen wirkenden Kräften bleibt. Außerdem gewähr­ leisten die durch ihren Mittelteil 12 relativ langgestreckten Verbindungselemente 4 eine vergleichsweise schlechte Wärme­ übertragung, so daß der Tragkörper verhältnismäßig wenig Wär­ me aufnimmt.

Fig. 2 zeigt in Gegenüberstellung einen Ausschnitt des ersten Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 und ein zweites Ausführungs­ beispiel nach Fig. 2. Die beiden Ausführungsbeispiele werden getrennt durch eine Trennlinie b, wobei der in Fig. 2 unter­ halb der Trennlinie b liegende Auszug aus einer Bremsscheibe eine Vergrößerung des Beispiels nach Fig. 1 darstellt. Ent­ sprechend der Numerierung in Fig. 1 ist in Fig. 2 ein Verbin­ dungselement 4 zu erkennen, welches einen horizontalen dünnen Mittelteil 12 und einen breiten Angriffsbereich 16 an dem Tragkörper 2 besitzt. Der Abstand zwischen dem Innendurch­ messer der Reibscheibe 6 von dem Außendurchmesser des Trag­ körpers 2 beträgt H. Oberhalb der Trennungslinie ist nun als zweites Ausführungsbeispiel die Modifikation eines ersten Ausführungsbeispiels zu erkennen. Die Änderung besteht haupt­ sächlich in abgewandelten Verbindungselementen 4 und insbeson­ dere in der Gestaltung der Angriffsbereiche 16 an den Trag­ körper. Die Enden der Verbindungselemente 4 weisen jeweils einen Endabschnitt 20 auf, der in radialer Richtung weist und in eine zugeordnete Ausnehmung 22 am äußeren Rand des Trag­ körpers 2 eintaucht. Die Außenflächen des Endabschnitts 20 sind gegenüber den Innenflächen der Ausnehmung 22 mit einem hinreichenden Spiel sowohl in radialer Richtung (e) als auch in horizontaler Richtung (f) versehen. Die Reibscheibe 6 ist somit über die Verbindungselemente 4 schwimmend in dem Trag­ körper 2 gelagert. Besonders wichtig ist dabei ein hinrei­ chendes Spiel e in radialer Richtung, durch welches die ra­ dial nach außen gerichtete Wärmeausdehnung des äußeren Randes des Tragkörpers 2 gegenüber der Innenkante der Reibscheibe 6 ausgeglichen werden soll. Das Spiel f in tangentialer Rich­ tung ist derart bemessen, daß auch bei maximaler Wärme des Endabschnittes 20 dieser noch in radialer Richtung in der Ausnehmung 22 gleiten kann und so nur eine vernachlässigbare Kraft von dem Endabschnitt 20 auf den Tragkörper 2 in ra­ dialer Richtung bei hoher Temperatur der Reibscheibe 6 ausge­ übt wird. Die gegebenen mechanischen Verhältnisse lassen sich leicht aus der längs der Linie d aufgebrochenen Darstellung des Tragkörpers 2 entnehmen. Wichtig ist, daß durch die gemäß Fig. 2 vorgeschlagenen Maßnahmen die Reibscheibe 6 in ra­ dialer Richtung beträchtlich verlängert werden kann, so daß sich nur noch ein für den Ausgleich der Wärmedehnung notwen­ diger Abstand h zwischen Innenkante der Reibscheibe 6 und Außenkante des Tragkörpers 2 ergibt. Die Differenz zwischen H und h führt zu einer erheblichen Vergrößerung der Reibfläche, der Reibringe 10 und damit zu einer verbesserten Wirkung der Bremse. Hinzu kommt eine Verlängerung der Ventilationsrippen 3, welche die Belüftung der Bremsscheibe unterstützen.

Die vorliegende Ausführungsform gemäß Fig. 2 hat gegenüber der nach Fig. 1 den Vorteil, daß die Reibscheibe 6 gegenüber dem Tragkörper 2 lösbar ist, so daß beschädigte Reibscheiben verhältnismäßig leicht ausgetauscht werden können. Zum Lösen der Reibscheibe 6 muß diese in axialer Richtung und damit - senkrecht zur Betrachtungsebene von Fig. 2 aus den Ausneh­ mungen herausgehoben werden, wobei diese Ausnehmungen zu­ mindest in einer axialen Richtung offen sein müssen. Um nach dem eingebauten Zustand ein Lösen der Reibscheibe gegenüber dem Tragkörper in axialer Richtung zu verhindern, wird ein in Fig. 2 nicht dargestelltes ringförmiges Blech auf der betref­ fenden Seitenfläche des Tragkörpers 2 befestigt. Zweckmäßi­ gerweise wird man die Ausnehmungen in dem Tragkörper als durchgehende Nuten ausgestalten, so daß an beiden Seiten des Tragkörpers 2 jeweils ein ringförmiges Blech zum Verschließen der Ausnehmungen 22 nach beiden Seiten notwendig ist.

Claims (11)

1. Bremsscheibe für Scheibenbremsen für Fahrzeuge, insbe­ sondere Kettenfahrzeuge, mit einer an einem Fahrzeugrad oder auf einer Fahrzeugachse (7) mittels eines Tragkör­ pers (2) angeordneten, von Bremsbacken umgriffenen Reib­ scheibe (6), wobei der Außendurchmesser des Tragkörpers (2) kleiner als der Innendurchmesser der Reibscheibe (6) ist und beide Teile (2, 6) durch gleichmäßig an mehreren Stellen des Umfangs zwischen ihnen liegende Verbindungs­ elemente miteinander verbunden sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbindungselemente (4) durch fest mit der Reibscheibe (6) verbundene, vorzugs­ weise angegossene, stegartige Ansätze (14) gebildet sind, die an dem Tragkörper (2) angreifen.

2. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ansätze (4) Verlängerungen von Ventilationsrippen (3) sind, die Reibringe (10) der Reib­ scheibe (6) im Abstand zueinander halten.

3. Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die einander zugeordneten Angriffsbereiche (14, 16) eines Verbindungselements (4) an der Reibscheibe (6) und Tragkörper (2) in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind und die Verbindungselemente einen im wesentlichen in Umfangsrichtung weisenden mitt­ leren Abschnitt (12) aufweisen.

4. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Tragkörper (2) zugewandte Angriffsbereich (14) eines Verbindungselements (4) mit diesem vergossen ist.

5. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Verbin­ dungselement (4) an seinem dem Tragkörper (2) zugewandten Angriffsbereich (16) einen in radialer Richtung weisenden Endabschnitt (20) aufweist, mit dem das Verbindungsele­ ment (4) lösbar jeweils in eine zugeordnete Ausnehmung (22) am äußeren Rand des Tragkörpers (2) eingreift.

6. Bremsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Endabschnitt (20) gegenüber dem Boden der zugehörigen Ausnehmung (22) ein zum Ausgleich der maximalen Wärmedehnung hinreichendes Spiel (e, f) in radialer Richtung (e) sowie in axialer Richtung und Um­ fangsrichtung (f) aufweist.

7. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (2) mit einer an seiner Innenfläche angreifenden Antriebsachse (7) in an sich bekannter Weise in axialer Richtung ver­ schiebbar verbunden ist, vorzugsweise durch eine Verzah­ nung (18).

8. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilationsrippen (3) zur Vorzugsdrehrichtung (V) der Reibscheibe (6) von außen nach innen geneigt und, bezogen auf die radiale Achse, konvex gekrümmt verlaufen.

9. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede vierte Ventilationsrippe (3) mit einem als Verbindungselement (4) dienenden Ansatz versehen ist.

10. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (22) durch in axialer Richtung verlaufende Nuten am äußeren Rand des Tragkörpers (2) gebildet sind, wobei die Ausneh­ mungen (22) durch an den Seitenflächen des Tragkörpers (2) befestigte Abdeckscheiben in axialer Richtung be­ grenzt sind.

11. Bremsscheibe nach Anspuch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abdeckscheiben zwei Ringbleche sind, die mit den beiden Seitenflächen des Tragkörpers (2) verschraubt sind und alle Nuten in axialer Richtung abschließen.