DE2126693A1

DE2126693A1 - Bremsscheibe für ein Fahrzeugrad

Info

Publication number: DE2126693A1
Application number: DE19712126693
Authority: DE
Inventors: P D Bermingham; J F Dernovshek
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1970-06-24
Filing date: 1971-05-28
Publication date: 1971-12-30
Also published as: FR2096449A1; BE768674A; CA930681A; FR2096449B1; NL7108141A; US3718210A; GB1344699A; SE374180B

Description

DIPL.-ING. HANS W. GROENING DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN

The Goodyear Tire & Rubber Company, Akron, Ohio 44316/USA

Bremsscheibe für ein Fahrzeugrad

Die Erfindung betrefft Bremsscheiben und befaßt sich insbesondere mit Scheiben, in denen Beryllium-Wärmeableiteinlagen verwendet werden.

Die Verwendung von Wärmeableiteinlageplatten in Bremsscheiben ist bekannt, desgleichen die Verwendung von Berylliumplatten für diesen Zweck. Die bisher bekannten Bremsscheiben, in denen Berylliumeinlegplatten verwendet werden, bestanden gänzlich- aus Stahlscheiben zum Übertragen der Bremsdrehkraft. Die Folge davon war» daß die Stahlscheiben rela*- tiv schwer sein mußten, um den Kräften zu widerstehen, denen sie ausgesetzt waren..

i" -

1098S3/1657

Wenn auch Beryllium eine hohe spezifische Wärme und ein hohes Wärmeleitvermögen zusammen mit einer niedrigen Dichte aufweist, sodaß dieses Material für eine Verwendung als Wärmeableitmaterial geeignet ist, so weist es dennoch strukturelle Eigenschaften, insbesondere bei höheren Temperaturen auf , welche keine langer andauernden Wärmebeanspruchungen oder strukturelle Beanspruchungen gestatten. In den bekannten Bremsscheiben wurden die Berylliumeinlegplatten nur als Wärmeableitelemente verwendet, während die Stahlplatten dazu dienen, alle während des Bremsens auftretenden Drehkräfte zu übertragen. Eine derartige Anordnung erfordert jedoch die Verwendung von schweren Stahlplatten, welche das Gewicht der Bremsscheiben erhöhen.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Bremsscheibe mit einer Berylliumeinlegplatte und Stahlplatten, wobei die gesamte Scheibe leichter ist als die bekannten Scheiben.

Ferner fällt in den Rahmen der Erfindung die Schaffung einer Bremsscheibe mit Berylliumeinlegplatten, wobei diese Berylliumeinlegplatten erneut verwendet werden können, wenn die Stahlplatten abgenützt sind.

Durch die Erfindung wird eine Bremsanordnung zur Verfügung gestellt, die aus zwei Stahlplatten besteht, welche gesinterte metallische Abnützungsflächen aufweist, wobei sich Beryiliumeinlegplatten zwischen den Stahlplatten· befinden. : Die Erfindung sieht die Verwendung vpn dreieckigen metalIi- * sehen Einsätzen an den Keilschlitzens der Scheiben vor_s um jjeinen Teil der Bremsdrehkraft zwischen den Berylliumsegmen- i

109853/165 7

ten und den Keilen in einer solchen Weise zu übertragen,
daß die Segmente während des Einwirkens von Kräften nicht
übermäßigen Beanspruchungen ausgesetzt sind.

"Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein fragmentarischer Seitenaufriß einer erfindungsgemäß konstruierten Flugzeugbremsscheibe.

Fig. 2 ist ein fragmentarischer Querschnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1.

Fig. 3 ist ein fragmentarischer Seitenaufriß einer modifizierten Bremsscheibe gemäß vorliegender Erfindung.

Fig. 4 ist ein fragmentarischer Querschnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 3.

Aus den Fig. 1 und 2 ist ein Teil einer Bremsscheibe zu ersehen, die aus einem Paar kreisförmiger Stahlscheiben Io und 12 besteht, die gesinterte metallische Außenflächen IU bzw. 16 aufweisen. Jede der Scheiben Io und 12 bildet einen kompletten Kreis. Berylliumeinlegplatten 18 befinden sich zwi* sehen den Stahlscheiben Io und 12. Jede Einlegplatte erstreckt sich längs eines 60°-Segments der Bremsscheibe.

Jede der kreisförmigen Stahlscheiben Io und 12 weist Nuten
26 an !ihrem äußeren Umfang auf, wobei diese Nuten gleichförmig iii 60°-Intervallen angebracht sind. Diese Nuten oder
Schlitze.2o nehmen Keile oder gerade Keilnuten auf der Unter-

9853/1657

seite der nicht gezeigten Radfelge auf, sodaß die Scheiben mit dem Rad rotieren. Die Keile oder Keilnuten rasten in Stahleinsätze Ho ein, die nachstehend noch näher erläutert werden. Die Scheiben Io und 12 sind ferner mit tiefen U-förmigen Schlitzen 2 2 in gleichmäßig angebrachten Intervallen längs ihrer inneren Umfange versehen, um eine Ausdehnung der Scheibe ohne Aufwerfen oder Verformung zu ermöglichen. .

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich. ■ jede Berylliumeinlegplatte 18 von der radialen Mittellinie einer der Nuten 2o zu der radialen Mittellinie der benachbarten Nut 2o. Die Scheiben Io und 12 und die Einlegplatten 18 sind miteinander durch Nieten 24 befestigt, welche durch Stahlbuchsen 26 hindurchgreifen, die in Löchern 28 der Einlegeplatten 18 ausgenommen sind. Die Enden der Buchsen 26 sind gewölbt (vgl. die Bezugszahl 3o). Die Stahlscheiben Io und 12 sind (vgl. die Bezugszahl 32) derart nach innen gebogen, daß sie sich den gewölbten Enden der Buchsen 26 anpassen. Diese Anordnung aus gewölbten Rändern und den Stahlbuchsen 26 gewährleistet ein gleichmäßiges Befestigen der Stahlscheiben Io und 12 an die Berylliumeinlegplatten 18 und verhindert übermäßige Kraftkonzentrationen in der Nähe der Ränder der Löcher 28 in den Berylliumplatten 18. Ferner ermöglicht sie es, daß der Kopf der Niete 24 unterhalb der aufgerauhten Oberfläche der Scheiben und 12 bleibt. Zwei Merkmale der Buchsen 26 sind zur Erreichung der erfindungsgemäß gesteckten Ziele von Bedeutung. Zunächst weist die Buchse 26 eine in geeigneter Weise herausragende Fläche auf, sodaß die Berylliumkernstüoke Drehkraft aufnehmen können, wobei sie ferner die Verwendung von Mieten

109853/1657

■-■ 5 -

mit kleiner Größe und kleinem Kopf ermöglicht, sodaß aus der aufgerauhten Oberfläche der äußeren Scheiben keine Teile herausragen. Es ist von Bedeutung, daß die Buchse 26 bezüglich des Kernstückes ein Spiel von nicht mehr als o,5mm (o,o2o inches) aufweist, sodaß die Einpassung keinen Schlupf aufweist, wobei das Spiel nicht kleiner als o,o7 mm (o,oo3 inches) ist, sodaß eine Ausdehnung der Buchse 26 keine sperrende Wirkung ausübt und damit das Beryllium selbst reißt. Die herausragende Fläche der Buchse 26 ist kritisch, um die entsprechende Drehkraftbelastung der Kernstücke ohne Versagen zu erzielen. Die herausragende Fläche wird als Außendurchmesser der Buchse multipliziert mit seiner Länge definiert, wobei das erhaltene Produkt in cm angegeben ist. Die Erfindung sieht vor, daß die Belastung der herausragenden Fläche nicht größer als 422 kg/cm (6ooo psi) ist. Zur Erzielung des besten Wärmeableitvermögens des Materials sollte die Belastung nicht

2
unterhalb 7o,3 kg/cm (looo psi) liegen.

Die Enden der Berylliumeinlegplatten weisen gerade Teile 34 auf, die parallel zu der radialen Mittellinie der Nut 2o verlaufen, und besitzen obere Teile 34, die um 60° gegenüber der radialen Mittellinie der Nut 2o geneigt sind. Auf diese Weise definieren benachbarte Einlegplatten 18 einen. V-förmigen Einschnitt 38, der mit der Nut 2o zusammenfällt. Stahleinsätze 4o sind an den kreisförmigen Stahlscheiben und 12 durch Nieten 42 befestigt. Diese Einsätze weisen untere Ränder 44 auf, die sich in einem Winkel von 60° zu der radialen Mittellinie 'der Nut 2o erstrecken und damit parallel zu den geneigten Rändern 36 der Berylliumeinlegplatten 18 verlaufen. Die Stahleinsätze 4o weisen ebenfalls Einschnitte

109853/1657

46 an ihren äußeren Oberflächen auf, welche die Keile oder Keilnuten des Rades aufnehmen. Die Nuten 2o in den Scheirben Io und 12 sind etwas tiefer ausgenommen,wie aus der Linie 21 in Fig. 1 hervorgeht, sodaß die Keile oder Keilnuten nur in die Einschnitte 46 der Einsätze 4o eingreifen. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind benachbarte Ränder 34 der Berylliumkerne voneinander durch kurze Abstände getrennt, desgleichen die benachbarten Ränder 36 der Kerne und die Ränder 44 der Stahleinsätze 4o, sodaß eine gewisse Herstellungstoleranz erzielt wird und es den Kernen möglich ist, sich etwas in ihrer geschichteten Lage zwischen den Scheiben Io und 12 zu bewegen.

Vorzugsweise verlaufen die geneigten Teile 36 der Einlegplatten 18 sowie die geneigten Ränder 44 der Einsätze 4o unter Winkeln zwischen 50 und 70 relativ zu einer Radialen, wobei 60° das Optimum ist. Die Tiefe der Winkel oder der V-förmigen Einschnitte 38 benachbarter Einlegplatten 18 sollte zwischen 30 und 60 % der Flächenbreite der Berylliumstücke liegen. Unter der Flächenbreite ist die Entfernung zu verstehen, die durch die Linie L in Fig. 1 angegeben ist. Die einander zugeordneten geneigten Oberflächen 36 und 44 müssen bei einer derartigen kritischen Winkelbeziehung minimal 30 % der geneigten Distanz ausmachen. Die geneigte Distanz wird als Volldistanz von der Basis der V-förmigen Einschnitte 38 längs des kritischen Winkels zu dem Rand der entsprechenden Einlegplatte 18 und Einsatz 4o definiert. Daher ist darauf hinzuweisen, daß die Einlegplatten 18 verschiedene geometrische Konfigurationen einnehmen können, solange eine ausreichende zuordnende Beziehung längs des kritischen Winkeins mit dem entsprechenden Einsatz 4o erreicht wird.

109853/165

Die kreisförmigen Stahlscheiben Io und 12 sind ferner mit Ausschnitten 48 längs ihrer äußeren Umfange versehen. Diese Ausschnitte dienen dazu* ein Biegen der Scheibenanordnung oder eine ungleichmäßige Übertragung von Drehkraft zwischen den Stahlscheiben Io und 12 und den Berylliumeinlegplatten 18 zu verhindern. Die herausragenden Teile 5o der Stahlscheiben Io und 12 zwischen benachbarten Ausschnitten 48 tragen Nieten 52, die dazu dienen, die Platten Io und 12 mit den Berylliumeinlegplatten 18 als laminierte oder gestapelte Einheit weiter zu verbinden.

Die Fig. 3 und 4 erläutern eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform werden sechs Berylliumeinlegplatten 6o, und zwar je in Form eines 60°- Segmentes eines kreisförmigen Rings mit einem geraden, sich radial nach innen erstreckenden Endabschnitt 62 und einem oberen Ende 64, geneigt um 60 gegenüber dem geraden Endteil 62, zwischen Stahlscheiben 66 und 68 gehalten, von denen jede in Form von drei 120°-Segmenten eines kreisförmigen Rings vorliegt. Jede der Scheiben 66 und 68 besitzt ein Paar Nuten 7o auf ihrem äußeren Umfang und zwar 30° von dem Ende der Platte und 60° voneinander entfernt. Eine der Berylliumeinlegplatten 6o befindet sich jeweils zwischen den Kerben 7o. Sich gegenüberstehende Enden der Berylliumeinlegplatten 6o umfassen die Enden der benachbarten Stahlscheiben 66 und 68. Jede der Scheiben 66 und 68 ist mit einem tiefen U-förmigen Schlitz 72 versehen, der sich radial nach außen von dem inneren Umfang der Scheibe mittig arischen deren Enden erstreckt. Die radial nach innen gerichteten Teile der Enden der Scheiben sind

1Ö98S3/16S7

I	1	t	I I
> > ί	τ	I	4
	1
	t

ebenfalls mit Schlitzen versehen, und zwar mit U-förmigen Schlitzen 74 zwischen benachbarten Scheiben 66 und 68.

Die Stahlscheiben 66 und 68 und die Berylliumeinlegplatten 6o sind miteinander durch Nieten 76 verbunden, die durch Buchsen 78 in den Berylliumeinlegplatten 6o durchgeführt sind. Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform sind die Enden der Buchsen gewölbt, -während die Scheiben 66 und 68 nach innen gebogen sind (vgl. die Bezugszahl 8o), um sich den gewölbten Rändern der Buchsen 78 anzupassen. Die äusseren Umfange der Stahlscheiben 66 und 68 zwischen benachbarten Nuten 7o der gleichen Scheibe sind (vgl* die Bezugszahl 82) mit einer Nute versehen. Diese Nuten besitzen einen gleichmäßigen Radius und lassen einen Teil 84 der Scheibe zurück, welcher die Nieten 86 aufnimmt, welche dazu dienen» die Scheiben 66 und 68 "weiter mit der Berylliumeinlegplatte 6p als Einheit zu verbinden. Ein Einschnitt 88 ist außerdem in dem äußeren Umfang einer jeden Scheibe 66 und 68 zwischen der Nut 7o und dem Ende der Scheibe vorgesehen. Diese Einschnitte 88 besitzen einen gleichmäßigen Kadius, der jedoch kleiner ist als derjenige der Nuten 82, sodaß Endabschnitte 9o an jedem Ende der Scheiben 66 und 68 ausgebildet sind. Nieten 92 sind in den Endabschnitten 9o einer jeden Platte vorgesehen« .

Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform sind Stahleinsätze 94 mittels Nieten 96 mit den Scheiben 66 und 68 an den Nuten 7o verbunden. Diese Einsätze weisen abfallende Innenränder 98 auf, die sich parallel zu den geneigten Rändern 64 der Einlegplatten 6o erstrecken. Die Einsätze 94 besitzen ferner Nuten ioo, die mit den Nuten 7o der Stahl-

1098S3/1GS7

¹ <!m^{c f {}

scheiben 66 und 68 fluchten. Vorzugsweise ist die Beziehung zwischen den Unten 7 ο und loo die gleiche wie zwischen den Nuten 2o und 16 gemäß der obigen Ausführungsform.

Gemäß einer jeden der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die zwischen den Berylliumeinlegplatten und den Stahleinsätzen übertragene Drehkraft längs der breiten Kontaktfläche zwischen den geneigten Rändern der Einlegplatten und den entsprechend geneigten Rändern der Stahleinsätze übertragen« Das Ergebnis ist, daß die Drehkraft durch eine Keilwirkung übertragung wird und gleichmäßig an eine erhebliche Fläche der Berylliumplatte, einwirkt, wodurch eine übermäßige Beanspruchung längs einer kleinen Zone vermieden wird. Die Nieten 2*» und *»6 dienen infolge des gewölbten Einsatzes dazu, die Drehkraft zwischen der Stahlscheihe und dem Berylliumkern zu übertragen.

Wenn auch der Winkel zwischen den Stahleinsätzen und den Berylliumkernstücken als zwischen etwa 60 und 120° liegend angegeben wird, so ist dennoch darauf hinzuweisen, daß der Winkel auch zwischen ungefähr 50 und 70, 100 und 140° etc. liegen kann. Die radiale Tiefe des Stahleinsatzes relativ zu den Berylliumkernstücken wird als 1/3 angegeben, wobei dabei das beste Verhältnis Wärmeableitung/Gewicht, Drehkraft - Übertragung'"erzielt wird. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die radiale Tiefe um ungefähr 20 % zu der radial nach außen gerichteten Seite und um ungefähr 50 % zu der radial nach innen gerichteten Seite variieren kann.

Ferner ist darauf hinzuweisen, daß die gezeigten AusfÜhrungs· formen zw#r radial nach außen gerichtete Nuten auf den Stalil·

einsätzen aufweisen, die Einsätze können Jedoch auch radial nachsinnen positioniert sein, wobei die V-förmigen Einschnitte,die durch die Kernstücke definiert werden, radial nach innen ausgebildet sind. Anstelle von Nuten können Antriebsansätze, die entweder nach innen oder nach außen gerichtet sind, verwendet werden. Ferner kann die Form der Kernstücke erheblich schwanken, solange die kritische Winkelbeziehung über eine minimale Fläche zwischen den Einsätzen und den Kernstücken aufrecht erhalten wird.

109853/1857

Claims

Patentansprüche

1. Bremsscheibe für ein fahrzeugrad, gekennzeichnet durch einen Berylliumkerh in Form eines kreisförmigen Ringes aus mehreren Berylliumkernen, wobei die Enden jedes Kernes mit einem Teil, der'parallel zum gleichen Teil des benachbarten Kernes gerichtet ist, sowie mit einem zweiten Teil ausgestattet sind, der gegenüber dem einen Teil geneigt ist, wodurch die benachbarten Kernstücke eine V-förmige Nut bilden, durch Stahlscheiben (lo, 12, 66, 68) auf jeder Seite des Berylliumkernes, Wobei die Stahlscheiben kreisförmige Ringe bilden, durch die Stahlscheiben und den Berylliumkern zu einer Einheit fest verbindenden Nieten (24, 76),und durch mit den Stahlscheiben in den V-förmigen, von den Kernen gebildeten Nuten-fest verbundene. Metalleineätze (4o, 94),deren Innenkanten komplimentär zu den geneigten Kanten der Kerne angeord-^ net sind, um eine Drehkraftübertragung über die Ränder zu bewirken, sowie durch eine Nut an dem Außenrand zur Aufnahme des Keils des Fahrzeugrades.

2. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Berylliumkern aus sechs gleich großen.Kernstücken oder Einlegplattende, 6ö) besteht, und die Stahlscheiben (lo, 12, 66, 68) rund um die Nut an dem Außenrand des Stahleinsatzes ausgeschnitten sind.

3. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stahlscheibe (lo, 12, 66, 68) aus einem einzigen kreisförmigen Ring besteht, dessen Innen- und Außendurch-

109853/1657

ΐ (
I

- 12 -

messer im wesentlichen demjenigen des Berylliumkernes entsprechen. . ^-"

U. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei 120°-Stahlscheiben jeden kreisförmigen Ring bilden, wobei ein Berylliumkern den Spalt zwischen benachbarten Stahlscheiben überbrückt und die kreisfßrjni-

'gen Ringe der Stahlscheiben im wesentlichen die gleik chen Innen- und Außendurchmesser wie der Berylliumkern

aufweisen.

5. Bremsscheibe.nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Enden der Kerne 120° beträgt und die Winkelbeziehung annähernd bei einem Drittel der radialen Tiefe der Kernstücke beginnt. -

6. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenränder der Stahlscheiben in einer graduell gekrümmten Beziehung zwischen benachbarten ;Stahleinsätzen genutet sind, .sodaß ein Teil der Seiten der Kernstücke

ψ freiliegt.

7. Bremsseheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Winkelbeziehung zwischen benachbarten Einsätzen und Kernen zwischen SO bis 70 liegt und der zusammenarbeitende Teil benachbarter Ränder mindestens 30 % des geneigten^bstandes entspricht.

8. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,' daß die Stahlscheiben und die Kernstücke durch Nieten

C42, 76) miteinander fest verbunden sind, die durch Stahlbuchsen in den Kernstücken durchgeführt sind, wobei die Enden der Buchsen gewölbtsind, und die.Stahlplatten an den Stellender Nieten derartig ausgebildet sind» daß sie sich der Wölbung der Buchsen anpassen, wobei die Buchsen eine vorstehende Fläche derart definieren, daß die Drehkraftbelastung auf die Kernstücke zwiscl
trägt,

2
zwischen 7o,3 und H22,o kg/cm (looo - 6ooo psi) be-

9. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berylliumkerne von gleicher Größe sind, und daß jeder Metalleinsatz CHo, Ö4) mit einem geformten, dem Fahrzeugrad zusammenarbeitenden Teil zur Aufnahme der Drehkraft versehen ist, wodurch die Drehkraft teilweise durch die Kerne zwischen den Einsätzen und den Stahlscheiben übertragen wird.

10. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Enden benachbarter Kerne parallel, aber in einem geringen Abstand voneinander verläuft, und die anderen Teile der Enden zwischen 50.bis 70° gegenüber den inneren Teilen gewinkelt und in geringem Abstand von den Innenkanten des Einsatzes angeordnet, aber so ausgebildet sind, daß sie mit diesem im Sinne der Oberträgung der Drehkraft zusammenwirken.

11. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Stahlscheiben den kreisförmigen Ring auf jeder Seite des Kerns bilden, wobei die Enden jeder Stahlscheibe siqh in der Mitte eines der Kerne befinden und gegenüber den Enden der Stahlscheiben auf der gegenüberliegenden Seite des Kerns ausgerichtet sind.

L e e r s e i t e