DE4323782A1 - Bremsscheibenläufer - Google Patents
BremsscheibenläuferInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Bremsscheibenrotor bzw.
-Läufer einer in einem Fahrzeug oder dergleichen benutzten
Scheibenbremseneinrichtung.
Wie in den Fig. 10 und 11 gezeigt ist, weist ein
herkömmlicher Bremsscheibenläufer eine Vielzahl von
Trennwänden F auf, die ausschließlich radial zwischen
scheibenförmigen Gleitplatten OP und IP zur Bildung von
Einlaßöffnungen I, Auslaßöffnungen O bzw. radialen
Durchgängen H zwischen den Trennwänden ausgebildet sind.
Wie aus der Beobachtung eines Ölfilms zur Analyse der Strö
mung innerhalb jedes Durchgangs erkennbar ist, besitzt der
herkömmliche Bremsscheibenläufer einige Probleme, die nach
stehend erläutert werden. Wie sowohl aus Fig. 12, die gemäß
dem Styrol-Partikel-Verfolgungs- bzw. Untersuchungsverfahren
gewonnene Verarbeitungsdaten zeigt, als auch aus Fig. 13, die
eine Darstellung der auf der vorstehenden Beschreibung basie
renden Strömung zeigt, ersichtlich ist, bewirkt die Strömung,
die von der Einlaßöffnung I in den Durchgang H mit einem Win
kel von ungefähr 50° gemäß dem Geschwindigkeits-Dreieck bzw.
der Geschwindigkeits-Vektor-Darstellung strömt, die aus den
Geschwindigkeitskomponenten in der Einlaßöffnung in der Um
fangs- und der Radialrichtung zusammengesetzt ist, eine in
der Dickenrichtung erfolgende Auftrennung auf der Saug-Ober
flächenseite vom Einlaß zum Auslaß der - Rippen F bildenden -
Trennwände F, was zu einer Stagnation Y in einem großen Be
reich in dem unteren Abschnitt jeder Trennwand innerhalb des
ein Entlüftungsloch bildenden Durchgangs H führt. Daher wird
der Hauptströmungsbereich MS sehr schmal, während eine quasi
sekundäre Strömung SS aufgrund der Kollision mit der oberen
Fläche jeder Trennwand sowie weiterhin eine umgekehrte Strö
mung RS vom bzw. am äußeren Abschnitt am unteren Bereich der
Auslaßöffnung auftritt.
Als Ergebnis besitzt der herkömmliche Bremsscheibenläufer die
Nachteile, daß der durch den Kühlwind begründete Oberflächen-
Wärmeübertragungs-Koeffizient im Durchgangsbereich verringert
ist, da der Druckverlust der Strömung aufgrund der Enge der
Hauptströmungsfläche MS groß ist, wodurch sich schlechter
Wirkungsgrad beim Blasen bzw. Anströmen und bei der Kühlung
des Läufers ergeben, wobei zudem die Gesamtmenge der Wärmeab
fuhr verringert ist, da die Kühlfläche reduziert ist.
Diese Tatsache tritt umso mehr in Erscheinung, wenn die An
zahl von Rippenblättern zur Vergrößerung der Kühlfläche er
höht wird. Insbesondere tritt der Nachteil auf, daß die Quer
schnittsfläche des Einlaßbereichs klein und der Einströmungs
widerstand erhöht wird.
Die Erfinder vorliegender Erfindung analysierten unterschied
liche, bei den herkömmlichen Bremsscheibenläufern auftretende
Strömungen unter Einsatz von gemäß einem Verfolgungsverfahren
verarbeiteten Bildern und von Ölfilm-Beobachtungsphotographi
en. Als Ergebnis haben die Erfinder als eine technische Idee
der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß der Einströ
mungswiderstand am Einlaßbereich verringert und die Aufspal
tung der Strömung verhindert wird, indem die Anzahl von Rip
penblättern erhöht wird, die am äußeren Abschnitt des Brems
scheibenläufers vorgesehen und mit großem Abstand zwischen
den Rippen angeordnet sowie beim Blasen und Kühlen wirksam
sind, und indem die Anzahl von Rippenblättern verringert
wird, die an dessen innerem Bereich vorgesehen und mit engem
Abstand zwischen den Rippen angeordnet sind und zur Verringe
rung des Einströmungswiderstands notwendig sind. Die die
Hauptströmungsfläche MS behindernde Stagnationsfläche wird
schmal und die Hauptströmungsfläche bzw. der Hauptströmungs
bereich wird vergrößert, um eine effektive Erzielung der
Blas- und Kühlwirkung mit Hilfe der Rippen auf der äußeren
Seite zu ermöglichen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Aufspal
tung durch Verringerung des Einströmungswiderstands zu ver
hindern, indem die Öffnungsfläche einer Einlaßöffnung ver
größert wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in
der Verbesserung (d. h. in der Absenkung) des Wärmeübertra
gungskoeffizienten aufgrund des Kühlwinds an der Ventilati
onsloch-Oberfläche, indem der Stagnationsbereich in dem Ven
tilationsloch zur Verringerung des Druckverlusts der Strömung
verkleinert wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in
der Verbesserung der Blas- und Kühlwirkung (bzw. des -Wirk
ungsgrads) des Läufers durch Bewirkung eines effektiven Bla
sens und Kühlens unter Einsatz von langen und kurzen Trenn
wänden an dessen äußerem Bereich.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Erhöhung
der Gesamtmenge der Wärmeaufzehrung durch Vergrößerung des
Kühlbereichs.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der
Schaffung eines Bremsscheibenläufers, der durch alternierende
Anordnung von langen, sich jeweils vom äußeren Bereich bis
zum inneren Bereich erstreckenden Trennwänden und von kurzen,
sich jeweils vom äußeren Bereich bis zum mittleren Bereich
derart erstreckenden Trennwänden gebildet ist, daß das
Spitzenende jeder kurzen Trennwand in dem nachlaufenden Be
reich bezüglich einer Linie angeordnet ist, die das Spitzen
ende jeder langen Trennwand mit der Mitte des Bremsscheiben
läufers verbindet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in
der Schaffung eines Bremsscheibenläufers, bei dem die Anzahl
von Rippenblättern bzw. Rippenblechen, die an dem äußeren Be
reich des Bremsscheibenläufers mit großem Abstand zwischen
den Rippen angeordnet und hinsichtlich der Blaskühlung effek
tiv sind, größer festgelegt wird als die Anzahl von Rippen
blättern bzw. Rippenblechen, die mit kleinem Abstand zwischen
den Rippen am inneren Bereich des Bremsscheibenläufers ange
ordnet und zur Verringerung des Einströmungwiderstands erfor
derlich sind.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung umfaßt ein
Bremsscheibenrotor bzw. -Läufer zumindest zwei scheibenför
mige, separat in der Achsenrichtung an dem inneren und äuße
ren Bereich vorhandene Gleitplatten, von denen jede eine
Gleit- bzw. Bremsfläche an einer ihrer Seiten besitzt; eine
Vielzahl von langen, sich radial von dem kleinen Durchmesser
besitzenden inneren Bereich bis zu einem äußeren Bereich der
Gleitplatten erstreckenden und gegenüber der radialen Rich
tung des Bremsscheibenläufers geneigten Trennwänden; eine
Vielzahl von kurzen, radial zwischen den gegenseitig benach
barten langen Trennwänden angeordneten und sich von einem in
neren, großen Durchmesser besitzenden Bereich bis zu einem
äußeren Bereich der Gleitplatten erstreckenden sowie gegen
über deren radialer Richtung geneigten Trennwänden; eine
Vielzahl von radial zwischen der Vielzahl von langen und kur
zen Trennwänden ausgebildeten Durchgängen; und eine Vielzahl
von Einlaß- und Auslaßöffnungen, die mit der Vielzahl von
Durchgängen kommunizieren und sich in der radialen Richtung
nach innen und außen öffnen.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein
Bremsscheibenläufer geschaffen, bei dem vorzugsweise die lan
gen und kurzen Trennwände in der Form gekrümmter Rippen vor
liegen und ihre inneren Endbereiche entlang des Einlaßwinkels
der Strömung angeordnet sind.
Vorzugsweise wird weiterhin ein Bremsscheibenläufer geschaf
fen, bei dem der innere Durchmesser der äußeren Gleitplatte
kleiner ist als derjenige der innen liegenden Gleitplatte und
bei dem die Höhe des inneren Endbereichs der an der äußeren
Gleitplatte vorgesehenen langen Trennwand sich allmählich
entsprechend vergrößert, wenn die lange Trennwand sich dem
äußeren Bereich der äußeren Gleitplatte annähert.
Weiterhin wird bevorzugt ein Bremsscheibenläufer geschaffen,
bei dem das Abstandsintervall zwischen der äußeren und der
inneren Gleitplatte allmählich entsprechend verringert wird,
wenn sich die scheibenförmigen Gleitplatten ihrem äußeren Be
reich annähern.
Bei dem erfindungsgemäßen Bremsscheibenläufer wird die über
jede durch die gegenseitig benachbarten langen Trennwände ge
bildete Einlaßöffnung strömende Strömung durch jede kurze
Trennwand, die zwischen gegenseitig benachbarten langen
Trennwänden an derjenigen Position, bei der der Durchlaßbe
reich bzw. die Durchlaßfläche relativ groß wird, vorgesehen
ist, in zwei Teile aufgeteilt, um eine zwischen den langen
und den kurzen Trennwänden fließende Strömung zu bilden, und
es wird eine Blas- und Kühlwirkung auf den äußeren Bereich
der langen und kurzen Trennwände ausgeübt.
Da weiterhin die Strömung, die sanft bzw. wirbelfrei über je
de Einlaßöffnung einströmt, die durch die gegenseitig benach
barten langen, am Einlaßwinkel der Strömung vorgesehenen
Trennwände gebildet ist, durch jede kurze Trennwand, die
zwischen den gegenseitig benachbarten langen Trennwänden an
der Position vorgesehen ist, bei der die Durchlaßfläche
relativ groß wird, in zwei Teile aufgeteilt wird, wird durch
den erfindungsgemäßen Bremsscheibenläufer die Wirkung
erzielt, daß die zwischen den langen und den kurzen
Trennwänden in der Form gekrümmter Rippen fließende Strömung
geformt bzw. definiert wird.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Effekt vorliegen
der Erfindung wird bei dem erfindungsgemäßen Bremsscheiben
läufer die Höhe des inneren Endbereichs jeder langen, an der
inneren Oberfläche der außenseitigen Gleitplatte ausgebilde
ten Trennwand allmählich bei zunehmender Annäherung der lan
gen Trennwand an ihren äußeren Bereich vergrößert und ruft
dabei die Wirkung hervor, daß der effektive Bereich bzw. die
effektive Fläche jeder durch die gegenseitig benachbarten
langen Trennwände gebildeten Einlaßöffnung vergrößert und die
Einströmung der Strömung vergleichmäßigt wird.
Da der Bereich bzw. die Fläche des Durchgangs nahezu gleich
förmig von der Einlaßöffnung bis zur Auslaßöffnung gebildet
ist, wird bei dem erfindungsgemäßen Bremsscheibenläufer die
Wirkung erzielt, daß eine gleichförmige Strömung gebildet
wird.
Da der Einströmungswiderstand der Einlaßöffnung bzw. Einlaß
öffnungen verringert ist und die Blas- und Kühlwirkung des
Läufers wirksam durch den äußeren Endbereich der langen und
kurzen Trennwände erzielt wird, besitzt der erfindungsgemäße
Bremsscheibenläufer die Wirkung, daß die Blas- und Kühleffi
zienz des Läufers verbessert und die Gesamtmenge der Wärmeab
fuhr durch Vergrößerung der Kühlfläche erhöht wird.
Da in dem Durchgang zwischen den langen und kurzen Trennwän
den in der Form gekrümmter Rippen eine sanfte bzw. wirbel
freie Strömung aufgrund der sanften bzw. glatten Einführung
der Strömung über die Einlaßöffnung ausgebildet wird, besitzt
der erfindungsgemäße Bremsscheibenläufer die Wirkung der ef
fektiven Verbesserung des Blas- und Kühlwirkungsgrads des
Läufers.
Da sich die Höhe des inneren Endbereichs jeder langen Trenn
wand an der inneren Oberfläche der äußeren Gleitplatte all
mählich in Übereinstimmung mit der Annäherung der langen
Trennwand an ihren äußeren Bereich vergrößert, besitzt der
erfindungsgemäße Bremsscheibenläufer den Vorteil der effekti
ven Verbesserung des Blas- und Kühlwirkungsgrads des Läufers
durch Erhöhung der effektiven Fläche der Einlaßöffnung, wo
durch die Einströmung der Strömung sehr sanft bzw. gleichmä
ßig wird.
Da der Durchgangsbereich bzw. die Durchgangsfläche gleichmä
ßig zur Erzielung einer gleichmäßigen Strömung innerhalb des
Durchgangs gebildet ist, besitzt der erfindungsgemäße Brems
scheibenläufer die Wirkung der Verbesserung des Blas- und
Kühlwirkungsgrads des Läufers.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben und Merkmale der Er
findung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen noch deutlicher ersichtlich. Hierbei
zeigt:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Bremsscheibenläufers
als erstes Ausführungsbeispiels vorliegender Erfin
dung, die entlang einer Linie A-A in Fig. 26
aufgenommen ist,
Fig. 2 eine Längsschnittansicht des ersten Ausführungsbei
spiels des erfindungsgemäßen Bremsscheibenläufers,
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Strömung innerhalb des
ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Bremsscheibenläufers,
Fig. 4 eine Schnittansicht einer Strömung innerhalb des er
sten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Bremsscheibenläufers, die aus Daten gemäß dem Parti
kel-Verfolgungsverfahrens erhalten wurde,
Fig. 5 eine Schnittansicht einer Strömung für den Fall, daß
der Installations- bzw. Montagewinkel jeder Rippe am
Einlaßbereich kleiner ist als der Einlaßwinkel der
Strömung,
Fig. 6 eine Querschnittansicht einer Strömung für den Fall,
daß der Montagewinkel jeder Rippe am Einlaßbereich
größer ist als der Einlaßwinkel der Strömung,
Fig. 7 eine teilweise ausgebrochene perspektivische Ansicht
eines Zustands, bei dem das erste Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Bremsscheibenläufers an einem
Fahrzeug angebracht ist,
Fig. 8 eine Schnittansicht eines Zustands, bei dem der
Bremsscheibenläufer gemäß dem ersten Ausführungsbei
spiel vorliegender Erfindung an einem Rad montiert
ist, und
Fig. 9 eine Schnittansicht einer Strömung innerhalb eines
Bremsscheibenläufers gemäß einem zweiten Ausführungs
beispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 10 eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Brems
scheibenläufers, die entlang einer Linie B-B in Fig. 2
aufgenommen ist,
Fig. 11 eine Längsschnittansicht des herkömmlichen Brems
scheibenläufers,
Fig. 12 eine Schnittansicht einer Strömung innerhalb eines
herkömmlichen Bremsscheibenläufers, entsprechend Da
ten, die durch das Partikel-Verfolgungsverfahren er
halten wurden, und
Fig. 13 eine Schnittansicht einer Strömung innerhalb des her
kömmlichen Bremsscheibenrotors.
Ein in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel
stehender Bremsscheibenläufer wird bei einer Scheibenbremsen
einrichtung für den Einsatz bei einem Kraftfahrzeug benutzt
und führt bzw. saugt Luft, die durch eine Saugöffnung S einer
an der Innenseite jedes Rads WH montierten Staubabdeckung DC
eingesaugt wird, in ein Ventilationsloch eines Rotors bzw.
Läufers ein, wie in Fig. 7 und 9 gezeigt ist. Nachstehend
werden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 Einzelheiten des
Bremsscheibenläufers erläutert.
Ein in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel
stehender Bremsscheibenläufer 1 umfaßt Gleitplatten 11 und 12
an der Innenseite und der Außenseite, die parallel zueinander
und getrennt voneinander in der axialen Richtung einer (nicht
gezeigten) Achse angeordnet sind; eine Mehrzahl von Rippen 2,
die aus kurzen Trennwänden 21, die in dem grob der inneren
Gleitplatte 11 entsprechenden Bereich angeordnet sind, und
langen Trennwänden 22 zusammengesetzt sind, die in dem der
äußeren Gleitplatte 12 entsprechenden Bereich vorgesehen
sind; eine Mehrzahl von Öffnungen 31 und 32, die sich zwi
schen den Gleitplatten 11 und 12 in der radialen Richtung
nach innen und außen öffnen; und eine Mehrzahl von Entlüf
tungs- bzw. Ventilationslöchern 4 zur Bildung eines bzw.
mehrerer Durchgänge, die durch die Gleitplatten 11 und 12 und
die jeweils einander benachbarten Trennwände 21 und 22 gebil
det sind.
Die Gleitplatte 12 auf der Außenseite ist integral bzw. ein
stückig mit einem Nabenabschnitt 14 versehen, der ein Loch
für die Befestigung zusammen mit bzw. an der Gleitplatte 11
an der Innenseite über einen Stufenbereich 13 aufweist. Die
Gleitplatte 12 auf der Außenseite ist mit gleicher Dicke in
der radialen Richtung ausgebildet. Da sich die Dicke der
Gleitplatte 11 auf der Innenseite linear vergrößert, je wei
ter man sich auf der Gleitplatte 11 in der radialen Richtung
nach außen bewegt, ergibt sich eine lineare Verringerung der
Höhe des Ventilationslochs 4.
Rippen 2 mit einer Dicke von 4,5 mm sind radial und einstüc
kig zwischen den Gleitplatten 12 und 11 auf der Außenseite
und der Innenseite mit einem Durchmesser im Bereich von 165
mm bis 298 mm ausgebildet. Die lange Trennwand 22 ist mit
einem Durchmesser im Bereich von 165 mm bis 298 mm ausgebil
det, während die kurze Trennwand 21 einen Durchmesser im Be
reich von 200 mm bis 298 mm besitzt. Die kurze Trennwand 21
und die lange Trennwand 22 sind alternierend angeordnet und
das Spitzenende 21T der kurzen Trennwand 21 ist im nach
laufenden Bereich (aufwärts in Fig. 3) bezüglich der unter
brochenen Linie angeordnet, die die Mitte des in Fig. 3 ge
zeigten Bremsscheibenläufers und das Spitzenende 22T der
langen Trennwand 22 verbindet, so daß lediglich die lange
Trennwand 22 an dem inneren Bereich der Gleitplatten 11 und
12 (mit einem Durchmesser von nicht mehr als 200 mm, d. h. in
dem Bereich innerhalb ungefähr eines Drittels des inneren Be
reichs der langen Trennwand 22) vorhanden ist, wobei das
nachstehend näher beschriebene Ventilationsloch 4 durch die
jeweils einander benachbarten langen Trennwände 22 gebildet
ist. Hierdurch wird eine große Größe der Öffnungsfläche des
Einlasses sichergestellt, wodurch ein kleiner Einströmungs
widerstand desselben erreichbar ist.
Die lange Trennwand 22 ist derart ausgestaltet, daß jegliche
Strömungsauftrennung am Einlaßbereich verhindert wird, wozu
ein Installations- bzw. Montagewinkel R2 bei 45° im Bereich
von 40° bis 50° bezüglich der radialen Richtung des Scheiben
läufers eingestellt wird, so daß er auf den optimalen Monta
gewinkel von ca. 45° als ein bestimmter Winkel des Einlaßwin
kels R1 einer Strömung festgelegt ist.
Der zulässige Montagewinkel jeder Rippe 2 liegt im Bereich
von ungefähr 30° bis 70°, abhängig von dem Einlaßwinkel R1
der Strömung in das Ventilationsloch 4.
Für den Fall, daß der Montagewinkel R2 des Einlaßbereichs der
Rippe 2 kleiner ist als der Einlaßwinkel R1 der Strömung,
wird an der Seite des ersten, zwischen der oberen langen
Trennwand 22U und der kurzen Trennwand 21 definierten Venti
lationslochs 41 eine etwas größere Strömung ausgebildet, wie
dies in Fig. 5 gezeigt ist und eine etwas kleinere Strömung
tritt an der Seite des zweiten, zwischen der kurzen Trennwand
21 und der unteren langen Trennwand 22 definierten Ventila
tionslochs 42 auf. Als Ergebnis wird eine gewisse Strömungs
auftrennung auf der Saugseite der Oberfläche des oberen Ab
schnitts der unteren langen, das zweite Ventilationsloch 42
definierenden Trennwand 22 erzeugt, wodurch der Stagnations
bereich bzw. die Stagnationsfläche Y vergrößert und die Strö
mungsmenge verringert wird, was zu einer Erniedrigung der
Kühlkapazität führt.
Wenn andererseits der Installationswinkel R2 des Einlaßbe
reichs der Rippe 2 größer ist als der Einlaßwinkel R1 der
Strömung, bildet sich der größte Teil der Strömung auf der
Seite des zweiten, zwischen der unteren langen Trennwand 22
und der kürzeren Trennwand 21 definierten Ventilationsloch
42, wie in Fig. 6 gezeigt ist, und es bildet sich nahezu
keine Strömung an der Seite des ersten, zwischen der oberen
langen Trennwand 22U und der kurzen Trennwand 21 definierten
Ventilationsloch 41. Daher wird ein breiter Stagnationsbe
reich Y gebildet und die Strömungsmenge weiter verringert,
wodurch die Kühlkapazität abgesenkt wird.
Wenn eine ausreichende Blas- und Kühlwirkung erforderlich
ist, wird der Installationsbereich des Einlaßabschnitts der
Rippe bzw. Rippen 2 vorzugsweise im Bereich von 40° bis 50°
als wünschenswerter Bereich festgelegt, obwohl er von dem
Einbauintervall und der Umdrehungsgeschwindigkeit der Rippen
abhängt. Beim ersten Ausführungsbeispiel ist ein vorbestimm
ter Winkel auf 45° aus dem Bereich von 40° bis 50° festge
legt.
Die lange Trennwand 22 und die kurze Trennwand 21 der Rippe 2
sind zu Rippen 2 mit einer bogenförmigen und gekrümmten Form
geformt und lediglich um einen optimalen Winkel in der Dreh
richtung geneigt, so daß jegliche Flußaufspaltung auf der
Druck-Oberflächenseite der Rippe verhindert und die Fläche
der Oberfläche vergrößert wird, indem die effektive Länge der
Rippe vergrößert wird.
Wenn die Rippe 2 in der umgekehrten Richtung entgegen der
Drehrichtung geneigt ist, wird eine Flußaufspaltung am äuße
ren Bereich hervorgerufen. Auch wenn es Fälle geben kann, bei
denen die Rippe 2 in der Drehrichtung geneigt ist, sind ir
gendwelche extremen Gradienten nicht wünschenswert, da die
Flußaufspaltung auf der Saug-Oberfläche der Rippe 2 hervorge
rufen wird. Daher ist es bevorzugt, die Gestalt des äußeren
Endbereichs der Rippe 2 in der Nähe eines radialen Vektors
nahe bei der radialen Richtung festzulegen, wie dies bei dem
ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
Das Ventilationsloch 4 vergrößert sich linear in Abhängigkeit
von der Vergrößerung der Dicke der inneren Gleitplatte 11 in
radialer Richtung nach außen. Die Höhe des Ventilationslochs
beträgt an einer Einlaßöffnung 31 20 mm und an einer Auslaß
öffnung 32 13 mm. Da die Rippe 2 radial ausgerichtet ist, ist
die Querschnittsfläche im wesentlichen gleichförmig.
Die äußere Gleitplatte 12 springt in der radialen Richtung
von der inneren Gleitplatte 11 nach innen vor, wie in den Fig. 1
und 2 gezeigt ist. Die lange Trennwand 22 besitzt ei
nen geradlinigen, geneigten Abschnitt 22S, der durch lineare
Vergrößerung ihrer Höhe ausgehend von dem inneren Durchmesser
der äußeren Gleitplatte 12 zu dem inneren Durchmesserab
schnitt der inneren Gleitplatte 11 gebildet ist, so daß die
tatsächliche Fläche der Einlaßöffnung vergrößert ist und die
Strömung in der axialen Richtung des Läufers I leicht bzw.
problemlos in die auswärts gerichtete Strömung in der radia
len Richtung übergeht. Weiterhin wird die Strömung dazu ge
bracht, sanft und wirbelfrei in das Ventilationsloch 4 durch
die Einlaßöffnung 31 einzuströmen, daher Einströmungswider
stand reduziert ist.
Der Gesamtbetrieb des ersten Ausführungsbeispiels wird nach
stehend beschrieben.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels des
Bremsscheibenläufers wird die axiale Strömung sanft durch den
geradlinigen, geneigten Abschnitt 22S der langen Trennwand 22
an der Einlaßöffnung 31 in die radiale Strömung übergeführt,
wie in Fig. 2 gezeigt ist, wodurch es der Strömung ermöglicht
ist, in das Ventilationsloch 4 mit dem Einlaßwinkel von 50°
einzuströmen und durch die Ventilationslöcher 41 und 42, die
jeweils zwischen der oberen langen Trennwand 22U und der kur
zen Trennwand 21 und zwischen der kurzen Trennwand 21 und der
unteren langen Trennwand 22D definiert sind, hindurchzugehen,
wodurch das Entstehen einer Strömungsaufspaltung an der Saug-
Oberflächenseite jeder Trennwand 21 oder 22 der Rippe 2 ge
steuert und der Stagnationsbereich bzw. die Stagnationsfläche
43 zur Bildung eines breiten Hauptströmungsbereichs 44 ver
ringert wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Diese Tatsache ist
aus Fig. 4 ersichtlich, die Partikelverfolgungs- bzw. Parti
kelspuren-Verarbeitungsdaten zeigt, die durch ein Styrolpar
tikel-Verfolgungsverfahren zur Sichtbarmachung der Strömung
erhalten wurden, wobei strömende, der Strömung nachfolgende
Styrolpartikel verfolgt werden. Mit diesem Styrolpartikel-
Verfolgungsverfahren ist es möglich, einen Geschwindigkeits
vektor an einer lokalen Stelle durch Bestimmung jeglicher
Übereinstimmung der kontinuierlich enthaltenen bzw. erfaßten
Strömungspartikelposition zu erhalten, wobei die hierbei er
haltenen Resultate gut mit Luftgeschwindigkeits-Meßdaten
übereinstimmen. Demgemäß ist dieses Verfahren zur Beobachtung
einer Hauptströmung geeignet.
Da bei dem den vorstehend beschriebenen Betriebsablauf zei
genden Ausführungsbeispiel des Bremsscheibenläufers die lange
Trennwand 22 der Rippe 2 in einem Winkel entlang des Einlaß
winkels der Strömung angeordnet ist, wie in Fig. 3 gezeigt
ist, bildet sich eine glatte bzw. wirbelfreie Strömung ent
lang der Rippe 2. Daher wird die Entstehung des durch die
Strömungsaufspaltung an der Saug-Oberflächenseite hervorgeru
fenen Stagnationsbereichs 41 gesteuert und ein breiter Haupt
strömungsbereich 42 mit der wünschenswertesten Form dadurch
gebildet, daß die Entstehung einer herkömmlichen quasi-sekun
dären Strömung gesteuert wird. Als Ergebnis besitzt der
Bremsscheibenläufer den Vorteil der Verbesserung des Blas- und
Kühlwirkungsgrads des Läufers 1 und der Erhöhung der Ge
samtmenge der Wärmeabfuhr durch entsprechende Vergrößerung
der effektiven Kühlfläche, indem der Druckverlust der Strö
mung minimiert und die Absenkung des Wärmeübertragungsgrads
der Oberfläche bezüglich Kühlwinds verringert wird.
Da das Spitzenende 21T der kurzen Trennwand 21 der Rippe 2 in
dem nachlaufenden Bereich bezüglich einer unterbrochenen, die
Mitte des Bremsscheibenläufers und das Spitzenende 22T der
langen Trennwand 22 verbindenden Linie angeordnet ist, wie in
Fig. 3 gezeigt ist, und die Öffnungsfläche der Einlaßöffnung
31 unter entsprechender Verkleinerung des Einströmungswider
stands der Strömung vergrößert ist, besitzt der Bremsschei
benläufer die Wirkung der Erhöhung der Luftmenge und seiner
Strömungsrate, wodurch die Blas- und Kühleffizienz verbessert
wird.
Da die Kühlkapazität proportional zur Wärmeabführungsfläche
ist, ist es weiterhin wichtig, die Wärmeabführungsfläche zu
vergrößern. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die An
zahl der Blätter der Rippen 2 aufgrund der Kombination der
kurzen Trennwand bzw. Trennwände 21 und der langen Trennwand
bzw. Trennwände 22 erhöht und die Rippe durch Ausbildung als
gekrümmte Rippe verlängert, so daß die Wärmeabführungswirk
samkeit durch beträchtliche Erhöhung der effektiven Wärmeab
führungsfläche vergrößert ist. Als Ergebnis kann die Kühlka
pazität in großem Umfang gefördert bzw. erhöht werden.
Die Kühlkapazität als Wärmeabführungsmenge läßt sich durch
das Produkt aus der Wärmeabführungsfläche, dem Wärmeübertra
gungskoeffizienten und einer gegenseitigen Temperaturdiffe
renz ausdrücken, wobei der Wärmeübergangskoeffizient im Fall
eines Wärmeübergangs bei Zwangskonvektion proportional der
0,5-ten bis 0,8-ten Potenz der Strömungsrate ist. Daher ist
die Erhöhung der Strömungsrate wesentlich für die Verbesse
rung der Kühlkapazität. Da, anders ausgedrückt, bei dem er
sten Ausführungsbeispiel der Durchgangswiderstand verringert
und die Strömungsrate erhöht werden kann, wird hierdurch die
Wärmeabführungsmenge und die Kühlkapazität verbessert.
Da bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Bremsscheibenläu
fers 1 die geradlinig geneigte, an der langen Trennwand 22
ausgebildete Wand 22S an der Einlaßöffnung 31 vorhanden ist,
wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird die axiale Strömung sanft in
die radiale Strömung umgeleitet und der Einströmungswider
stand reduziert. Daher wird bei dem Bremsscheibenläufer 1
vorteilhafterweise die Flußaufspaltung der um das Spitzenende
der inneren Wand der inneren Gleitplatte 11 erzeugten Strö
mung wirksam verhindert.
Da weiterhin der Einlaßbereich (der innere Endbereich der
langen Trennwand 22) der Rippe 2 bei dem ersten Ausführungs
beispiel in einen Winkel von 40° ausgebildet ist, besitzt der
Bremsscheibenläufer die Wirkung bzw. den Vorteil, zur äußerst
wirksamen Steuerung der Stagnation aufgrund der Flußaufspal
tung an dem Einlaßbereich der Rippe 2 imstande zu sein.
Ferner ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel jegliche Flä
chenveränderung innerhalb des Ventilationslochs 4 durch Ver
änderung der Höhe des Ventilationslochs verringert und es
wird eine Verringerung des Druckverlusts dadurch erreicht,
daß eine gleichförmige Strömung ausgebildet wird, was zu der
Wirkung führt, daß eine Erhöhung der Strömungsmenge erzielt
wird.
Ein Bremsscheibenläufer gemäß einem zweiten Ausführungsbei
spiel vorliegender Erfindung ist vom Gesichtspunkt der weite
ren Förderung der Verbesserung der Strömung innerhalb des
Ventilationslochs 4 derart konzipiert, daß insbesondere die
Gestalt einer kurzen Trennwand 51 einer Rippe 5 und der Ein
bauwinkel in der Nachbarschaft der Auslaßöffnung jeder Trenn
wand derart geändert sind, daß eine noch effektivere Steue
rung der Strömungsaufspaltung der Strömung an der Saug-Ober
flächenseite der kurzen Trennwand 51 und der Entstehung ir
gendeines stagnierenden Bereichs erzielt wird, auch wenn die
Länge der Rippe 5 hierbei mehr oder weniger geopfert wird.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, sind die inneren Endbereiche 51I
und 52I der kurzen Trennwand 51 und der langen Trennwand 52
der Rippe 5 jeweils derart ausgebildet, daß sie sich allmäh
lich in ihrer Dicke vergrößern, so daß die Strömung entlang
der Saug-Oberfläche 51N und 52N strömt. Insbesondere ist der
innere Endbereich der kurzen Trennwand 51 derart angeordnet,
daß er sich allmählich in seiner Dicke über einen breiten Be
reich vergrößert und mehr oder weniger geneigt ist, um sich
der unteren langen Trennwand 52D annähern zu können, im Ge
gensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel. Die äußeren Endbe
reiche 51s und 52s der jeweiligen Trennwände 51 und 52 sind
im wesentlichen in radialer Richtung ausgebildet, wobei sie,
verglichen mit denjenigen im ersten Ausführungsbeispiel, ge
mäß Fig. 9 nach oben geneigt sind. Hierbei sind die inneren
Endbereiche 51I und 52I der Rippe oder Rippen 5 ähnlich wie
beim ersten Ausführungsbeispiel in einem Winkel von 40° bis
50° in der radialen Richtung des Läufers ausgebildet. Jedoch
sind die äußeren Endbereiche 51E und 52E in einem kleineren
Winkel als die inneren Endbereiche in der im wesentlichen ra
dialen Richtung ausgebildet. Im Gegensatz hierzu sind die
äußeren Endbereiche 51E und 52E auf einen positiven oder ne
gativen Winkel nahe bei der radialen Richtung festgelegt und
auch die inneren Endbereiche 51I und 52I können auf einen po
sitiven Winkel festgelegt werden, der größer ist als derje
nige der äußeren Seitenbereiche.
Da die Strömung, wie in Fig. 9 gezeigt ist, entlang der Saug-
Oberflächenseite 51D und 52D der inneren Endbereiche 51I und
52I der sich verjüngenden Rippe 2 in das Ventilationsloch 4
einströmt, wird die Strömungsaufspaltung und Stagnation der
Strömung weiterhin wirksam gesteuert, und es sind die äußeren
Endbereiche 51E und 52E der jeweiligen Trennwände 51 und 52
im wesentlichen in der radialen Richtung ausgebildet, so daß
nahezu keine Stagnation bzw. kein stagnierender Bereich ent
steht, da die Ausbildung der Strömungsaufspaltung der den
Saug-Oberflächen der äußeren Endbereiche verhindert wird, wo
durch die Blas- und Kühlwirksamkeit verbessert wird. Als Er
gebnis fließt die Strömung sanft bzw. glatt entlang der Saug-
Oberflächen, so daß der Bremsscheibenläufer gemäß dem vorste
hend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel die Wirkung
erzielt, daß die Blas- und Kühlwirksamkeit verglichen mit
derjenigen beim ersten Ausführungsbeispiel noch weiter da
durch verbessert ist, daß jegliche Stagnation noch wirksamer
durch Vermeidung der Entstehung einer Strömungsaufspaltung an
den Saug-Oberflächen der äußeren Endbereiche 51E und 52E der
Rippe 5 gesteuert wird.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen zur
Erläuterungszwecken. Es versteht sich, daß die vorliegende
Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele zu beschränken
ist. Jegliche Abänderungen und Hinzufügungen sind möglich,
solange kein Widerspruch zu dem für den Fachmann ersichtli
chen technischen Konzept der Erfindung gemäß den Ansprüchen,
der Beschreibungseinleitung und der Figurenbeschreibung auf
tritt.
Auch wenn bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Einbauwinkel
der inneren Endbereiche 21I und 22I der Rippe 2 als auf 45°
festgelegt beschrieben sind, kann der Einlaßwinkel der Strö
mung, d. h. der Einbau- bzw. Installationswinkel innerhalb des
Bereichs von 30° bis 70° festgelegt werden, falls die Redu
zierung der Kapazität mehr oder weniger zugelassen werden
kann, wie anhand der Fig. 9 und 10 in Abhängigkeit von der
Länge der Rippe, der Breite des Entlüftungslochs, der Umdre
hungsgeschwindigkeit des Läufers und anderen Anforderungen
erläutert wurde.
Die genauen Abmessungen des Scheibenläufers und der Rippe
oder dergleichen bei den vorstehend beschriebenen Ausfüh
rungsbeispielen dienen lediglich zur Erleichterung der Nach
arbeitung durch den Fachmann, beschränken vorliegende Erfin
dung aber nicht auf die bei den Ausführungsbeispielen der Er
findung offenbarten Abmessungen.
Claims (10)
1. Bremsscheibenläufer mit
zumindest zwei scheibenförmigen Gleitplatten (11, 12),
die in der Achsenrichtung getrennt an den Innenseiten- und
Außenseiten-Bereichen des Bremsscheibenläufers (1) angeordnet
sind und jeweils eine Gleitfläche an einer ihrer Seite tra
gen,
einer Mehrzahl von langen Trennwänden (22; 52), die sich radial von einem kleinen Durchmesser besitzenden, inne ren Bereich bis zu einem äußeren Bereich der Gleitplatten er strecken und gegenüber der radialen Richtung des Brems scheibenläufers geneigt sind,
einer Mehrzahl von kurzen Trennwänden (21; 51), die zwischen den jeweils benachbarten langen Trennwänden vorge sehen sind, sich von einem inneren Bereich großen Durch messers zu dem äußeren Bereich der Gleitplatten erstrecken und gegenüber deren radialer Richtung geneigt sind,
einer Mehrzahl von Durchgängen (41, 42), die radial zwischen der Mehrzahl von langen und kurzen Trennwänden aus gebildet sind, und
einer Mehrzahl von Einlaß- und Auslaßöffnungen (31, 32), die mit der Mehrzahl von Durchgängen kommunizieren und sich in der radialen Richtung nach innen und außen öffnen.
einer Mehrzahl von langen Trennwänden (22; 52), die sich radial von einem kleinen Durchmesser besitzenden, inne ren Bereich bis zu einem äußeren Bereich der Gleitplatten er strecken und gegenüber der radialen Richtung des Brems scheibenläufers geneigt sind,
einer Mehrzahl von kurzen Trennwänden (21; 51), die zwischen den jeweils benachbarten langen Trennwänden vorge sehen sind, sich von einem inneren Bereich großen Durch messers zu dem äußeren Bereich der Gleitplatten erstrecken und gegenüber deren radialer Richtung geneigt sind,
einer Mehrzahl von Durchgängen (41, 42), die radial zwischen der Mehrzahl von langen und kurzen Trennwänden aus gebildet sind, und
einer Mehrzahl von Einlaß- und Auslaßöffnungen (31, 32), die mit der Mehrzahl von Durchgängen kommunizieren und sich in der radialen Richtung nach innen und außen öffnen.
2. Bremsscheibenläufer nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein Spitzenende (21T) einer
kurzen Trennwand in dem nachlaufenden Bereich, bezogen auf
eine ein Spitzenende einer langen Trennwand und die Mitte des
Bremsscheibenläufers verbindenden Linie, angeordnet ist.
3. Bremsscheibenläufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sich die lange Trennwand
(22; 52) von einer inneren Kante zu einer äußeren Kante der
Gleitplatten erstreckt und daß sich die kurze Trennwand (21;
51) von der Nachbarschaft des mittleren Bereichs bis zur
äußeren Kante der Gleitplatte erstreckt.
4. Bremsscheibenläufer nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anzahl von Blättern der Trennwände (21, 22; 51, 52) an dem
äußeren Bereich der Gleitplatten größer ist als die Anzahl
von Blättern der Trennwände an deren innerem Bereich.
5. Bremsscheibenläufer nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
langen und kurzen Trennwände jeweils die Form einer gekrümm
ten Rippe (2) besitzen.
6. Bremsscheibenläufer nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
inneren Endbereiche der langen und kurzen Trennwände entlang
des Einlaßwinkels (R1) einer Strömung festgelegt bzw. ausge
bildet sind.
7. Bremsscheibenläufer nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
innere Durchmesser der äußeren Gleitplatte (12) kleiner ist
als derjenige der inneren Gleitplatte (11) und daß die Höhe
des inneren Endbereichs der an der äußeren Gleitplatte vor
handenen langen Trennwand bzw. Trennwände sich allmählich bei
Annäherung der langen Trennwand an den äußeren Bereich der
äußeren Gleitplatten vergrößert.
8. Bremsscheibenläufer nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Abstandsintervall zwischen der äußeren und der inneren Gleit
platte sich bei Annäherung der scheibenförmigen Gleitplatten
zu ihrem äußeren Bereich allmählich verringert.
9. Bremsscheibenläufer nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Installationswinkel (R2) am Einlaßbereich der langen Trenn
wand (22; 52) bezüglich deren radialer Richtung lediglich
innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Winkelbereichs grö
ßer ist als der Einlaßwinkel (R1) der Strömung, die in den
Einlaßbereich der jeweils benachbarten langen Trennwände ein
strömt.
10. Bremsscheibenläufer nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der In
stallationswinkel (R2) am Einlaßbereich der langen Trennwand
(22; 52) bezüglich deren radialer Richtung lediglich inner
halb eines vorbestimmten zulässigen Winkelbereichs kleiner
ist als der Einlaßwinkel (R1) der Strömung, die in den
Einlaßbereich der jeweils benachbarten langen Trennwände
einströmt.
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