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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bremsscheibe mit hoher
Brems- und Selbsttrocknungswirkung,
wie sie beispielsweise aus JP-A-08 145091 bekannt ist.
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Genauer
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Bremsscheibe mit
hoher Brems- und Selbsttrocknungswirkung, welche insbesondere geeignet
zum Verhindern der wohlbekannten, unerwünschten Anfangsphänomene der
Reduzierung des Bremsmoments infolge geänderter Kopplungsbedingungen
zwischen der Bremsscheibenoberfläche
und den Bremsbelägen
zu vermeiden, welche die Zwischenlagerung eines Wasserfilms zwischen denselben
infolge von feuchten Wetterbedingungen, wie Nebel, Reif, Regen,
etc., oder nasse Straßen
mit sich bringen.
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Bekanntlich
sind Bremseinrichtungen Elemente, welche ein Fahrzeug, oder allgemein
eine bewegte Masse, unter Umwandlung der absorbierten kinetischen
Energie in thermische Energie verlangsamen oder stoppen können.
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Eine
allgemein in Motorfahrzeugen angewandte Bremseinrichtung ist eine
Scheibenbremse, welche durch eine metallische Bremsscheibe ausgebildet
ist, die auf der Radachse verkeilt ist, auf welche sie als Bremszangen
wirkt, welche gegen sie ein Paar von Bremsbelägen presst, welche als "Klötze" bekannt sind. Zangen,
welche hydraulisch durch Bremszylinder aktiviert werden, pressen
die Bremsbeläge
gegen die Bremsscheibe. Deshalb wird die Bremswirkung durch die
Reibung zwischen der Bremsoberfläche
der Bremsscheibe und den Reibbelägen
erzeugt. Das Bremsmoment hängt
von der Geometrie der Einrichtung, insbesondere der Radialposition
des Reibbelags, durch die Hydraulikzylinder ausgeübten der
Schubkraft und von dem Reibkoeffizienten zwischen den Bremsoberflächen der
Bremsscheibe und den Belägen
ab. Der Reibkoeffizient zwischen den Klötzen und der Bremsscheibe reduziert sich
unter nassen Kontaktbedingungen (Aquaplaning) drastisch, insbesondere
dann, wenn trotz der zweckmäßigerweise
vorgesehenen Schutzeinrichtungen, das Wasser die Bremsscheibe erreicht,
sich seinen Weg in die Kontaktzone mit den Klötzen bahnt. Unter solchen Bedingungen
wird eine anfängliche
Reduzierung des Reibkoeffizienten und folglich im Bremsmoment beobachtet,
dies infolge der Tatsache, dass der Kontakt nass ist, und das Moment selbst
zur Aufhebung neigt, wenn infolge der Wirkung der Bildung einer
Wassermäander
zwischen Belag und Scheibe sich Bedingungen hydraulischen Tragens
erzeugen.
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Um
die Zuverlässigkeit
auf nasser Straße
zu erhöhen
und die nachlassende Wirkung zu reduzieren, wurde vorgeschlagen,
die Bremsscheibenoberfläche
mit Nuten entweder kontinuierlich oder an dem Ende geschlossen zu
versehen, um so strukturelle Unregelmäßigkeiten auf der Belag/Metall-Kontaktoberfläche zu erzeugen.
Diese Art von Scheibenbremsen ermöglichen nicht, obwohl sie funktional
und derzeit verwendet sind, das Aquaplaning-Problem vollständig zu
lösen,
da die Nuten nicht ermöglichen,
den vollständigen
Ausstoß von
Wasser von der Scheibenbremsen-Kontaktzone zu erhalten, wobei die
Nuten nicht außerhalb
der Scheibe verlaufen.
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Aufgabe
dieser Erfindung ist es, den genannten Nachteil der Scheibenbremsen
der bekannten Technik zu überwinden.
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Genauer
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bremsscheibe derart
bereitzustellen, dass ein einfaches und vollständiges Entfernen des Wasserfilms
von ihren Bremsoberflächen
ermöglicht wird.
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Unter
diesem allgemeinen Aspekt löst
die vorliegende Erfindung den vorstehenden Nachteil, indem die Bremsoberflächen der
Bremsscheibe, welche auf die Bremsbeläge weisen, mit radialen Nuten versehen
sind, welche nur zu dem Äußeren der Bremsscheibe
hin münden,
und welche eine derartige Form und Größe aufweisen, dass in den Kanälen der
Nuten Wasser gesammelt wird und mit hoher Zentrifugalgeschwindigkeit
ausgestoßen
wird.
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Die
Aufgabe dieser Erfindung wird durch eine Bremsscheibe erzielt, welche
zur Verwendung in Scheibenbremseinrichtungen geeignet ist, welche nur
auf deren Bremsoberflächen,
welche zu den Bremsbelägen
hin weisen, mit Nuten versehen sind, wobei die Nuten radial sind,
nur zu dem Äußeren der Scheibe
hin münden,
mit progressiver Krümmung gekrümmt sind,
deren Durchmesser absinkt, sowie sie zu den größeren Durchmessern der Scheibe
hin fortschreiten, und nach hinten bezüglich der Drehrichtung der
Scheibe gedreht sind.
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Vorzugsweise
weisen die radialen offenen Nuten einen Querschnitt auf, welcher
durch einen Mittelabschnitt, welcher als ein Umfangsbogen geformt
ist, und zwei gegenüberliegende
geradlinige Abschnitte ausgebildet sind, welche den Umfangsbogen
mit der äußeren Oberfläche der
Scheibe mit einer gemeinsamen Tangente in dem Durchtrittspunkt verbinden.
Von den geradlinigen Abschnitten ist der bezüglich der Rotation der Scheibe
vordere geneigt, während
der hintere einen Auftreffwinkel mit der Scheibenbremsoberfläche bildet,
welcher auf diese Weise Wasser daran hindert, auszutreten.
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In
der Rotationsrichtung der Scheibe und der damit einhergehenden Relativbewegung
zwischen Klötzen
und Scheibe läuft
der vordere geradlinige Abschnitt dem Umfangsbogen voraus und trifft
deshalb zuerst auf den Klotz. Deshalb wird in dem Umfangsbogen Wasser
gesammelt und durch Zentrifugalkraft ausgestoßen.
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Die
wie vorstehend genannten geformten Nuten hindern die Ausbildung
des Wasserfilms beim Bremsen auf einer nassen Straße sowohl
deshalb, weil diese die Kontinuität der Oberflächen im
gegenseitigen Kontakt und folglich die Drücke in der Wassermäander unterbrechen,
als auch deshalb, weil deren Münden
zu dem Äußeren die
Drainage von auf der Scheibenoberfläche vorliegenden Wasser erleichtert.
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Der
Querschnitt der Nuten unterstützt
das Sammeln von eingebrachtem Wasser durch die Relativbewegung der
Klötze
bezüglich
der Scheibe, während
die Kanalausbildung eine Wasserpumpwirkung zu dem Äußeren der
Scheibe hin bewirkt, um so eine turbinenartige Wirkung zu erhalten.
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Die
spezielle Ausbildung der Nuten ermöglicht auch, dass die Klotzoberfläche konstant
abgezogen wird, da bei jedem Durchtritt derselben auf einer Nut
die durch den Umfangsbogenabschnitt des Bogenquerschnitts mit der
Scheibenebene allmählich auf
den Klotz auftritt, und seine wirkende Oberfläche abzieht.
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Die
konstruktiven und funktionalen Eigenschaften der Scheibenbremse
der vorliegenden Erfindung wird dank der nachfolgenden Beschreibung besser
verständlich,
in welcher auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird,
welche eine nur im Wege eines nicht beschränkenden Beispiels gegebene
Ausführungsform
darstellen, und in welchen:
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1 eine
perspektivische Ansicht der Scheibenbremse der vorliegenden Erfindung
ist;
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2 eine
schematische Frontansicht der Scheibenbremse von 1 ist;
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3 die
vergrößerte schematische
Ansicht eines normalen Querschnitts der Nutachse ist, welche mit
einer Durchgangsebene entlang der Linie A-A von 2 erhalten
wird, wobei das transversale Profil der Nuten sichtbar ist.
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Unter
spezieller Bezugnahme auf die Figuren ist die Scheibenbremse 1 der
vorliegenden Erfindung mit radialen Nuten 2 versehen, welche
symmetrisch auf ihren Bremsoberflächen angeordnet sind, welche
mit den Bremsbelägen 5 in
Berührung
kommen. Die Anzahl von Nuten ist für die Zwecke der vorliegenden
Erfindung nicht kritisch; im Allgemeinen sind es zumindest zwei,
und vorzugsweise vier bis zehn auf jeder Bremsoberfläche. Die
Nuten 2 münden
zum Äußeren der
Scheibe hin und sind an dem gegenüberliegenden Teil, welcher
zum Inneren der Scheibe 1 weist, geschlossen.
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Die
radiale Größe jeder
Nut 2 ist zumindest gleich, und vorzugsweise größer als
die Größe der Bremsbeläge 5.
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Die
Nuten 2 weisen einen parabolischen Verlauf mit progressiver
Krümmung
auf, dessen Radius abnimmt, sowie dieser zu dem größeren Durchmesser
der Scheibe 1 fortschreitet. Außerdem weist das offene Ende 2' jeder Nut 2 eine
rückwärtige Drehung auf,
dies unter Bezugnahme auf die Scheibenrotationsrichtung und die
Radialrichtung, um die Reibungskraft zwischen dem Wasser und der
Kanaloberfläche
zu überwinden.
Der Winkel α,
welcher zwischen der Radialrichtung und der Achse der Nut 2 ausgebildet
ist, ist vorzugsweise zwischen 2° und
20° umfasst
und hängt
von der Durchmessergröße der Scheibe 1 ab.
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Wie
in 3 gezeigt, umfasst der Querschnitt jeder Nut 2 einen
mittleren Abschnitt, welcher als ein Umfangsbogen 3 geformt
ist, und zwei gegenüberliegende
geradlinige Abschnitte 4 und 4', welche den mittleren Umfangsbogenabschnitt 3 und
die Scheibenaußenoberflächen mit
einer gemeinsamen Tangente in dem Durchtrittspunkt verbinden.
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Der
vordere geradlinige Abschnitt 4, welcher während der
Rotation der Scheibe 1 den Klotz oder Bremsbelag 5 zuerst
empfängt,
ist geneigt, um den Einlass von Wasser zu unterstützen, welches
durch den Belag 5 geschoben wird, während der hintere geradlinige
Abschnitt 4' einen
Auftreffwinkel mit der Oberfläche
der Scheibe 1 derart ausbildet, dass Wasser am Ausströmen gehindert
wird, wobei dieser etwa 90° beträgt.
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Bei
der Rotation der Scheibe 1 und der damit einhergehenden
Relativbewegung zwischen dem Klotz 5 und der Scheibe 1 geht
der geradlinige vordere Abschnitt 4 dem Umfangsbogen 3 voraus
und trifft deshalb zuerst auf den Klotz 5 auf; Wasser wird durch
den Belag 5 in den Umfangsbogen-Mittenabschnitt 3 der
Nuten 2 ge schoben. Die Form des transversalen Profils jeder
Nut 2 ist derart, dass der vordere geradlinige Abschnitt 4 den
Wassereinlass unterstützt,
während
der geradlinige hintere Abschnitt 4', welcher einen im Wesentlichen
rechten Winkel und eine scharte Kante mit der Bremsoberfläche der Scheibe 1 bildet,
dieses daran hindert, auszuströmen.
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Wasserausstoss
wird durch die Ausbildung eines Kanals mit geschlossenem Querschnitt
zwischen dem Mittenabschnitt 3 der Nut 2 und dem Bremsbelag 5 bewirkt,
welcher zum äußeren Umfang der
Scheibe 1 hin mündet
und nach hinten bezüglich der
Drehrichtung der Scheibe gedreht ist.
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Wasser,
welches in dem Kanal gesammelt wird, wird deshalb zum Äußeren gepumpt
und dann auf die gleiche Weise, wie es in einem Zentrifugalrotor
erfolgt, ausgeworfen.
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Die
Tiefe der Kanäle
ist nicht kritisch und kann entweder über die Entwicklung des Kanals
konstant sein, oder variabel und zu dem Auslass hin ansteigend.
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Die
Kanäle 2,
welche zum Äußeren der Scheibe
hin münden,
ermöglichen
auch eine Sichtkontrolle des Verschleißes der Bremsoberflächen der Scheibe.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf eine bevorzugte
Ausführungsform
beschrieben wurde, können
vielfältige Änderungen
und Varianten in der Bremsscheibe der vorliegenden Erfindung, im
Licht der vorstehenden Lehre, eingefügt werden. Es ist deshalb zu
verstehen, dass die vorliegende Erfindung alle Änderungen und Varianten enthält, welche
innerhalb des Schutzbereichs der nachfolgenden Ansprüche fallen.