DE102014207369A1

DE102014207369A1 - Scheibenrad

Info

Publication number: DE102014207369A1
Application number: DE102014207369.3A
Authority: DE
Inventors: Jens Hoffmann; Martin Kruse; Ahmed Sefo; Peter Schack; Holger von Hayn; Georg Halasy-Wimmer; Hans-Peter Metzen; Paul Linhoff; Johann Jungbecker
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2015-10-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Scheibenrad 20 für Kraftfahrzeuge umfassend eine zentrale Radschüssel 21 bevorzugt mit Lochkreis zur Anordnung an einer Radnabe 23 und umfassend einen radial äußeren Felgenring 24 zur Aufnahme von einer Luftbereifung, sowie mit einem nach radial innen orientierten Bremsrotor 26 der koaxial zu einer zentral angeordneten Raddrehachse Ax angeordnet ist, und mit wenigstens einem Radbremsaktuator 27 kooperiert. Zur Steigerung der Effizienz vom Scheibenrad 20 ist vorgesehen, dass die Radschüssel 21 als zentral arrangierter Träger den Felgenring 24 und den Bremsrotor 26 in Bezug auf die Raddrehachse Ax zentriert, und wobei Bremszuspannkräfte und/oder Bremsenergie wenigstens teilweise direkt in die Radschüssel 21 eingekoppelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Scheibenrad mit einer Radschüssel und einem Felgenring für Luftreifen einschließlich eines Bremsrotors der koaxial zu einer zentral angeordneten Raddrehachse angeordnet ist und mit wenigstens einem Radbremsaktuator kooperiert.
Ein gattungsgemäßes Scheibenrad mit einem scheibenförmigen Bremsrotor zur Kooperation mit einer Scheibenbremse geht aus der DE 100 01 806 A1 hervor. Zur schwimmenden und gleichzeitig leichten Aufnahme verfügt der Bremsrotor über radial innen angeordnete Vorsprünge die an einem Felgenfuß in Axialrichtung sowie drehfest auf einen profilierten Abschnitt der Radschüssel lösbar aufgesteckt und zwischen Anschlägen eingespannt sind.
Ein gebautes Scheibenrad geht aus der DE 100 01 315 A1 hervor. Dabei ist der Bremsrotor jedoch im Bereich von einem trommelförmigen Felgenring befestigt, sowie als scheibenförmiger Reibring so ausgebildet, dass dessen Reibflächen orthogonal zur Raddrehachse gerichtet vorliegen, so dass die Bremsbetätigung von einer integrierten hydraulischen Bremse (Trommel- oder Scheibenbremse) wahrgenommen wird, welche am Reibring von radial innen angreift. Dabei sind gegenseitige Befestigungsflansche so arrangiert, dass Felgenring, Radschüssel sowie Reibring jeweils kostengünstig mit demselben Befestigungsmittel also derselben Schraubenvorspannkraft weitgehend starr gegeneinander verspannt sind. Zur Zentrierung der beteiligten Bauteile zueinander wird eine Zentrierhülse empfohlen. Zum Reifenwechsel verbleibt die Radscheibe am Fahrzeug, weil lediglich der Felgenring mit Reifen abgezogen wird. Trotz deutlicher Vorteile ist das System verbesserungsfähig.
Der Erfindung liegt die kombinatorische Aufgabe zu Grunde, zwecks einfach autauschbarer Kooperation im System mit unterschiedlichen Fahrzeugantriebssystemen (konventionell, hybrid, elektrisch), unterschiedlichen Bremsaktuatoren und verschiedenen Bereifungstypen ein besonders stabiles und effizientes (verlustarmes) Scheibenrad bereitzustellen, wobei der Wirkungsgrad vom Bremsrotor erhöht, die angebotene Schnittstelle im Kraftfahrzeug besonders effizient ausgefüllt, und gleichzeitig eine Vereinfachung im Aufbau eines Scheibenrades so ermöglicht wird, dass nebenher Aufwand und Gewicht eingespart werden kann.
Die stückweise unterschiedlichen Lösungen des Problems rücken den Kraftfluss und auch die Zentrierung der beteiligten Systembauelemente wie folgt in den Fokus.
In Verbindung mit einem insbesondere elektromechanisch antreibbaren Trommelbremsaktuator wird bei einem gattungsgemäßen Scheibenrad nach den Merkmalen vom Oberbegriff vom Patentanspruch 1 die Merkmalskombination nach dem kennzeichnenden Teil vom Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Demnach ist vorgesehen, dass der Bremsrotor in Richtung nach radial außen formschlüssig auf dem Felgenring abgestützt ist, und wobei radial gerichtete Bremszuspannkräfte zur Entlastung der Struktur wenigstens teilweise direkt in das Felgenring eingeleitet werden.
Ein besonders leichtes und effizientes Scheibenrad mit Verwendungsschwerpunkt für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge (FEV) in bevorzugter Verbindung mit einem innen- oder außenumgreifenden Scheibenbremsaktuator geht demgegenüber aus dem nebengeordneten Hauptanspruch hervor. Diese Lösung des Problems sieht in Verbindung mit den Merkmalen von einem gattungsgemäßen Scheibenrad vor, dass die Radschüssel als zentral arrangierter Träger den Felgenring und den Bremsrotor in Bezug auf die Raddrehachse unabhängig voneinander zentriert, und wobei Bremszuspannkräfte und/oder Bremsenergie wenigstens teilweise direkt in die Radschüssel eingekoppelt werden.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der beiden Erfindungen gehen jeweils aus Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung anhand der Zeichnung hervor.
Die Erfindung beschreibt ein effizientes Scheibenrad 1, 20 für Kraftfahrzeuge umfassend eine zentrale Radschüssel 2, 21 mit Befestigungsmittel 3, 22 zur Anordnung an einer Radnabe 4, 23 und umfassend einen radial äußeren Felgenring 5, 24 der einen Reifen 6, 25 trägt, sowie mit einem nach radial innen orientierten Bremsrotor 7, 26 der koaxial zu einer zentral angeordneten Raddrehachse Ax angeordnet ist, und mit wenigstens einem Radbremsaktuator 8, 27 kooperiert. Dabei ist der Bremsaktuator 8, 27 fahrzeugseitig drehfest angeordnet und bevorzugt vom Trommelbrems-, Fest- oder Faustsatteltyp gebildet. Der Aktuator 8, 27 beinhaltet einen mechanischen, elektromechanischen oder (elektro)hydraulischen Antrieb. Reibbeläge 28 oder Bremsschuhe 9 vom Teilbelagtyp sind drehfest gelagert vorgesehen. Eine fahrzeugfeste Haltevorrichtung (Ankerplatte, Bremshalter) 10, 29 kann Bremsschuhe 9, oder Reibbeläge 28 und auch den Aktuator 8 also Bremssattel als solchen tragen sowie eine Abdichtungsfunktion übernehmen.
Zunehmender Energiesparbedarf, Variantenvielfalt sowie Anpassungsarbeiten im hybridisierten Antriebs- und/oder Bremsstrang moderner Kraftfahrzeuge, wie insbesondere auch rekuperative Bremssysteme jeweils in Alleinstellung oder in Verbindung mit den Brake-By-Wire-Bremsanlagen, als auch die Automatisierung und Vernetzung von Fahrzeugfunktionen (bspw. automatische Bremse, EPB) initiieren konstruktive Änderung und Effizienzsteigerungen bis in den Rad(brems)bereich. Zentral ist in diesem Zusammenhang eine tendenziell fortgesetzte Raddurchmesservergrößerung wegen verbesserter Abrolleigenschaften. Im Zusammenhang mit diesen allgemeinen Vorbemerkungen zu einem Umfeld eines erfindungsgemäßen Scheibenrades 10, 20 wird die erfinderische Zielrichtung wie folgt im Einzelnen anhand von zwei unterschiedlichen Lösungsvorschlägen, einschließlich deren Abwandlungen, beschrieben.
Die Ausführungsform nach 1 + 2 betrifft eine erste Lösung der Erfindung zur Verwendung in Zusammenhang mit Trommelbremsaktuatoren, welche die Zuspannkräfte radial auswärts gerichtet auf den zugehörigen Bremsrotor ausüben. Bei beiden Varianten ist der Bremsrotor 7 radial außen formschlüssig auf einem Felgenring 5 zentriert abgestützt, so dass Bremszuspannkräfte und/oder Bremsenergie wenigstens teilweise direkt in Felgenring 5 und Radschüssel 2 eingekoppelt werden. Also ist der Werkstoff des Felgenrings 5 in den Kraftfluss der Bremskräfte und/oder in das thermische Management der Bremsanlage eingebunden. Konventionelle Kraftfahrzeuge benötigen eine Mindestmasse im Bereich der konventionellen metallischen Bremsscheiben. Durch die Integration des Bremsrotors 7 an oder in den Felgenring 5 – respektive an oder in der Radschüssel 2 – wird die notwendige Masse des Bremsrotors 7 deutlich reduziert, weil zur Energieaufnahme sowie Wärmeabgabe an die Umgebung die Masse sowie Oberfläche des Felgenrings 5 – respektive der Radschüssel 2 – zusätzlich beigezogen werden kann. Dabei weist das Scheibenrad 1 bevorzugt eine zylindrisch-trommelförmig ausgebildete Reibfläche auf, welche orthogonal zur Raddrehachse Ax gerichtete, radiale, Bremskräfte aufnimmt. Diese Bremskräfte sind durch das entsprechende Bauteil (Felgenring 5 und/oder Radschüssel 2) zusätzlich abgestützt. Bei der Variante nach 1 handelt es sich um eine gebaute Lösung umfassend Bremsrotor 7 einschließlich Radschüssel 2 und Felgenring 5 welche gegenseitig zueinander über Durchmesserstufung und gegenseitige Anlage zentriert sind. Die beiden Teile 7, 2; 5 sind über ein gemeinsames Befestigungsmittel 3 lösbar miteinander verschraubt. Der Bremsrotor 7 kann bei Bedarf gemeinsam mit der Radschüssel 2 ausgetauscht werden. Bei der Variante nach 2 ist der Bremsrotor 7 graduell anders als integrierter, einstückiger Bestandteil der Radschüssel 2 ausgebildet. Bei Verschleiss vom Bremsrotor 7 ist hier die Radschüssel 2 einschließlich Bremsrotor 7 auszutauschen. Für beide Lösungen wird bevorzugt ein Felgenring 5 aus Leicht(metall)werkstoff eingesetzt der gegossen, geschmiedet oder aus Blech(streifen)werkstoff umgeformt vorliegen darf. Die Radschüssel 2 kann dagegen aus Stahl- oder Leicht(metall)werkstoff vorliegen. Die 2 zeigt die einstückig gegossene oder geschmiedete Variante derselben Lösung. Prinzipiell kommt als Leichtwerkstoff auch silizierter Kohlenstoffwerkstoff in Betracht der in besonderen Verfahren imprägniert, siliziert und pyrolisiert wird.
Nachstehend wird anhand neuer Bezugziffern das nebengeordnete Scheibenradkonzept nach den verbleibenden 3–15 beschrieben, welches primär zwecks Kooperation mit einem innenumgreifenden oder außenumgreifenden Aktuator 27 vom Faustsatteltyp zu sehen ist. Der Aktuator 27 wird bevorzugt elektromechanisch oder hydraulisch über Brake-By-Wire Systeme angesteuert. Die erstgenannte (innenumgreifende) Lösung beinhaltet dabei den Vorteil, dass die Bremsenauslegung bei den Applikationen in besonders leistungsfähigen Kraftfahrzeugen nicht durch einen eingeschränkten radialen Einbauraum zwischen Radnabe 23 und Felgenring 24 beschränkt ist, weil der wirksame Reibradius rw vom Bremsrotor 26 ganz ohne Rücksicht auf die Dimensionierung vom Bremsengehäuse maximiert werden kann. Eine außenumgreifende Lösung eignet sich dagegen beispielsweise besonders für die konventionellen Kraftfahrzeuge mit durchschnittlicher Leistung und dünner Gehäusewandstärke, beispielsweise für Hinterachsanwendungen oder beispielsweise für Applikationen bei denen ergänzend oder alternativ rekuperativ beziehungsweise per Motorbremse verzögert werden kann, und wobei vor der Ausführung eines Bremswunsches das globale Antriebsenergiemanagement zu berücksichtigen ist.
Wie schon anhand von 1 + 2 erläutert umfasst das Scheibenrad 20 eine zentrale Radschüssel 21 mit Befestigungsmittel 22 zur Anordnung an einer Radnabe 23 und umfassend einen radial äußeren Felgenring 24 zur Aufnahme von einer Luftbereifung, sowie mit einem nach radial innen orientierten Bremsrotor 26 der koaxial zu einer zentral angeordneten Raddrehachse Ax angeordnet ist, und mit wenigstens einem Radbremsaktuator 27 kooperiert. Der Bremsrotor 26 ist als scheibenförmiger Reibring ausgebildet.
Dabei steht beginnend mit 3 im Fokus, dass die Radschüssel 21 als zentral arrangierter Träger den Felgenring 24 und den Bremsrotor 26 in Bezug auf die Raddrehachse Ax unabhängig voneinander aber weiterhin in Hinblick auf die Raddrehachse Ax zentriert, und wobei Bremszuspannkräfte und/oder Bremsenergie wenigstens teilweise direkt in die Radschüssel 21 eingekoppelt werden. Zum einfachen Austausch ist vorgesehen, dass Felgenring 24 und Bremsrotor 26 jeweils axial gerichtet sowie mittels gesonderter Befestigungs- und/oder Zentriermittel 30 an der Radschüssel 21 lösbar befestigt sind. Zur Übertragung der Bremsmomente bei gleichzeitiger Kompensation vom thermischen Ausdehnungsverhalten des scheibenförmigen Reibrings ist eine Entkopplung von Mitnehmern vorgesehen, indem die Befestigungsmittel 30 zwischen Bremsrotor 26 und Radschüssel 21 im Bereich von einem Innendurchmesser oder im Bereich von einem Außendurchmesser des Rotors in radial offene Aufnahmen 31 des Bremsrotors 26 derart formschlüssig eingreifen, dass eine freie thermische Dehnung des Bremsrotors 26, in Bezug auf die Radschüssel 21, ermöglicht ist. Mit anderen Worten wird vermieden, dass das System unzulässig verspannt wird. Schirmung und Bremsenrubbeln wird vermieden. Zur weiteren Dehnungskompensation bei reproduzierbarer Klemmung des Bremsrotors 26 ist jedem Befestigungsmittel 30 eine federelastisch vorgespannte Klammer 32 als Vorspannmittel zugeordnet, die einem Ausgleich von Temperaturdehnung sowie zur Vermeidung unerwünschter Geräusche dient.
Zur Befestigung an der Radschüssel 21 verfügt der Felgenring 24 auf einer (am Fahrzeug durch den Passanten sichtbaren) Radaußenseite über mehrere sternförmig nach radial innen in Richtung Raddrehachse weisende Flanschabschnitte 33, welche die Radschüssel 21 abschnittweise überlappen. Durch die Flanschabschnitte 33 sind Durchgangsbohrungen 34 geführt. Diese erstrecken sich parallel zur Raddrehachse Ax und enden als zugeordnetes Gewindegegenstück 35 in der Radschüssel 21. Durch die Durchgangsbohrungen 34 hindurch erstrecken sich die entsprechenden Befestigungsmittel 36. Bei Verwendung von Leichtwerkstoff können Bohrungen und oder Gewindeabschnitte in den beteiligten Bauteilen selbstverständlich mit entsprechend druckfest ausgelegten Einsätzen und/oder Buchsen aus Stahlwerkstoff ausgekleidet sein, wie in der Einzelheit Z näher erläutert. Zur Aufnahme und Anordnung vom Bremsrotor 26 ist die Radschüssel 21 mit mehreren axial gerichteten Stegen 37 versehen, die parallel zu der Radachse Ax gerichtet sind, und deren freie Länge etwa in der Mitte von der Felgenringbreite B endet. Der Bremsrotor 26 ist mit den am Umfang verteilten Befestigungsmitteln 30 an den Stegen 37 fixiert. Damit ist der Bremsrotor 26 beanspruchungsgerecht, weitgehend zentral und gut austauschbar sowie drehfest im Scheibenrad 20 platziert.
Für guten Rundlauf wie auch vereinfachte Auswuchtung sind Stege 37, Flanschabschnitte 33, Befestigungsmittel 30,36 und/oder Klammern 32 jeweils am Umfang vom Scheibenrad 20 regelmäßig verteilt vorgesehen.
Es versteht sich, dass die Radschüssel 21 zur Gewichtseinsparung mit Ausnehmungen oder einer Lochung versehen sein kann, und wobei die Ausnehmungen oder die Lochung vollständig oder partiell verblendet sein kann. Dazu können entsprechende Blendenelemente 40 an der Radschüssel 21 lösbar befestigt angeordnet sein.
Wie schon oben beschrieben empfiehlt es sich die Radschüssel 21, den Bremsrotor 26 oder Teile davon aus einem Leichtwerkstoff (silizierter Kohlenstoffwerkstoff beispielsweise C/SIC) wie insbesondere aus einem Leichtmetallwerkstoff (Aluminiumwerkstoff), auszubilden.
Die vorstehend beschriebenen Merkmale und Varianten können zur vorteilhaften Lösung der in Rede stehenden Aufgabe prinzipiell in beliebiger Kombination miteinander vorgesehen sein, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Scheibenrad
2: Radschüssel
3: Befestigungsmittel
4: Radnabe
5: Felgenring
6: Reifen
7: Bremsrotor
8: Radbremsaktuator
9: Bremsschuh
10: Ankerplatte
11: Befestigungsmittel
20: Scheibenrad
21: Radschüssel
22: Befestigungsmittel
23: Radnabe
24: Felgenring
25: Reifen
26: Bremsrotor
27: Radbremsaktuator
28: Reibbelag
29: Halter
30: Befestigungs/Zentriermittel
31: Aufnahme
32: Klammer
33: Flanschabschnitt
34: Durchgangsbohrung
35: Gewindegegenstück
36: Befestigungsmittel
37: Steg
40: Blendenelement
Ax: Rad(dreh)achse / Axialrichtung
B: Felgenbreite
R: Radialrichtung
Rw: wirksamer Reibradius
rR: Radradius
T: Tangentialrichtung
Z: Einzelheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10001806 A1 [0002]
DE 10001315 A1 [0003]

Claims

Scheibenrad (1) für Kraftfahrzeuge umfassend eine zentrale Radschüssel (2) einschließlich Befestigungsmittel (3) zur Anordnung an einer Radnabe (4) und umfassend einen radial äußeren Felgenring (5) zur Aufnahme von einer Luftbereifung, sowie mit einem nach radial innen orientierten Bremsrotor (7) der koaxial zu einer zentral angeordneten Raddrehachse Ax angeordnet ist, und mit wenigstens einem Radbremsaktuator (8) kooperiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsrotor (7) nach radial außen formschlüssig auf dem Felgenring (5) zentriert ist, so dass Bremszuspannkräfte und/oder Bremsenergie wenigstens teilweise direkt in den Felgenring (5) und von dort in die Radschüssel (2) eingekoppelt werden.
Scheibenrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsrotor (7) eine zylindrisch-trommelförmig ausgebildete Reibfläche aufweist, um orthogonal zur Raddrehachse Ax gerichtete, radiale, Bremskräfte aufzunehmen.
Scheibenrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsrotor (7) entweder an der Radschüssel (2) oder an dem Felgenring (5) integriert vorgesehen ist.
Scheibenrad (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Radschüssel (2), Felgenring (5) und Bremsrotor (7) einstückig ausgebildet sind.
Scheibenrad (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Radschüssel (2) und Felgenring (5) als gesonderte sowie aneinander lösbar befestigte Bauteile ausgebildet sind.
Scheibenrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Felgenring (5) und/ oder Radschüssel (2) aus einem Leichtmetallwerkstoff ausgebildet sind.
Scheibenrad (20) für Kraftfahrzeuge umfassend eine zentrale Radschüssel (21) mit Befestigungsmittel (22) zur Anordnung an einer Radnabe (23) und umfassend einen radial äußeren Felgenring (24) zur Aufnahme von einer Luftbereifung, sowie mit einem nach radial innen orientierten Bremsrotor (26) der koaxial zu einer zentral angeordneten Raddrehachse Ax angeordnet ist, und mit wenigstens einem Radbremsaktuator (27) kooperiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Radschüssel (21) als zentral arrangierter Träger den Felgenring (24) und den Bremsrotor (26) in Bezug auf die Raddrehachse Ax unabhängig voneinander zentriert, und wobei Bremszuspannkräfte und/oder Bremsenergie wenigstens teilweise direkt in die Radschüssel (21) eingekoppelt werden.
Scheibenrad (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Felgenring (24) und Bremsrotor (26) jeweils axial gerichtet sowie mittels gesonderter Befestigungsmittel (30; 36) an der Radschüssel (21) lösbar befestigt sind.
Scheibenrad (20) nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Befestigungsmittel (30) zwischen Bremsrotor (26) und Radschüssel (21) im Bereich von einem Innendurchmesser, oder im Bereich von einem Außendurchmesser des Bremsrotors (26), in radial offene Aufnahmen (31) des Bremsrotors (26) derart formschlüssig eingreifen, dass eine freie thermische Dehnung des Bremsrotors (26), in Bezug auf die Radschüssel (21), ermöglicht ist.
Scheibenrad (20) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Befestigungsmittel (30) zur Beaufschlagung vom Bremsrotor (26) eine federelastisch vorgespannte Klammer (32) als Vorspannmittel zugeordnet ist, um Temperaturdehnung auszugleichen.
Scheibenrad (20) nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Felgenring (24) zur Befestigung an der Radschüssel (21) auf einer Radaußenseite mit mehreren nach radial innen weisenden Flanschabschnitten (33) versehen ist, und dass die Radschüssel (21) zur Aufnahme vom Bremsrotor (26) mit mehreren parallel zu der Radachse Ax axial gerichteten Stegen (37) versehen ist, deren freie Länge etwa in der Mitte von der Felgenbreite (B) endet.
Scheibenrad (20) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Stege (37), Flanschabschnitte (33), Befestigungsmittel (30; 36) und/oder Klammern (32) zueinander regelmäßig am Umfang vom Scheibenrad (20) verteilt vorgesehen sind.
Scheibenrad (20) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 7–12, dadurch gekennzeichnet, dass die Radschüssel (21) wenigstens ein Blendenelement (40) lösbar trägt.
Scheibenrad (20) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 7–13, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsrotor (26) aus einem Leichtwerkstoff wie insbesondere aus einem Leichtmetallwerkstoff oder aus siliziertem Kohlenstoffwerkstoff ausgebildet ist.