WO2010028940A1 - Bremsscheibenanordnung mit verbesserter kühlwirkung - Google Patents

Bremsscheibenanordnung mit verbesserter kühlwirkung Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a brake disk assembly for vehicles, which has an improved cooling effect.
  • Brake disc assemblies have a large mass accumulation, especially in the brake disc, since today's brake disc assemblies are mainly made of gray cast iron. Without this mass accumulation, the high thermal requirements of gray cast iron could not be met, but this leads to increased weight. However, this massive design as well as the provision of the cooling channels also entail casting technology
  • Claim 1 in contrast, has the advantage that it allows a very good dissipation of heat. Furthermore, the brake disc assembly according to the invention has no mass accumulation, but can be designed relatively compact and compact. In this way, in particular, a weight of the brake disc assembly can be reduced. Furthermore, according to the invention, nevertheless, in particular, a massive design of a brake disk can also be carried out.
  • the brake disc assembly which comprises a brake disc and a brake disc hub, is made of a metal-ceramic composite material. Furthermore, the brake disk arrangement has cooling devices which are arranged on the brake disk chamber.
  • the brake disc is solid and the cooling device, which provide cooling by means of convection and / or radiation, are provided on the brake disc hub.
  • the metal-ceramic composite materials used particularly preferably have a heat conductivity value at a room temperature of 20 °, which is greater than 70 W / mK, particularly preferably greater than 100 W / mK.
  • the metal-ceramic composite comprises a ceramic bevel provided with a plurality of pores filled with a metal. As many pores as possible are preferably connected to adjacent pores in order to be able to provide a high thermal conductivity. More preferably, a metal content in the composite material is greater than or equal to 50%.
  • the cooling devices are arranged exclusively on the brake disk hub. This allows a particularly simple and inexpensive construction.
  • the cooling devices are made of a material having a very good thermal conductivity. This allows a particularly good cooling of the brake disc assembly.
  • the cooling devices are off a material which has a better thermal conductivity than the metal of the metal-ceramic composite material.
  • the same metal material is used for the cooling devices, which is also used for the metal-ceramic composite of the brake disc assembly. This allows a particularly simple and inexpensive production can be achieved.
  • the metal-ceramic composite material comprises copper or a copper alloy.
  • the brake disk cup further comprises a radially inwardly directed flange, wherein the cooling device is arranged exclusively or additionally on the flange.
  • the brake disc is preferably solid.
  • the cooling device is preferably provided exclusively on one of the axial sides lying in the axial direction of the brake disk arrangement.
  • cooling means are provided on both axial axial sides.
  • the choice as to whether the cooling device can be provided on only one or both axial sides is in particular related to the braking performance of the brake disc assembly, i.e. with high braking power it is preferred to provide cooling means on both axial sides.
  • the brake disc assembly according to the invention is preferably used in vehicles which have to provide high braking performance, e.g. Sports cars, SUVs,
  • an improved braking performance can be provided with the same dimensions of the brake disk assembly. - A - drawing
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a brake disk arrangement according to a first exemplary embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic sectional view of a brake disk assembly according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 3 is a schematic sectional view of a brake disk assembly according to a third embodiment of the invention.
  • the brake disk arrangement 1 comprises a brake disk 2 and a brake disk cup 3. Furthermore, a flange region 5 is integrally formed on the brake disk cup 3 on a radial inner side. The flange region 5 is oriented substantially radially and the connecting region of the brake disk hub to the brake disk 2 is provided in an arcuate manner.
  • the brake disc 2 is formed as a solid component.
  • the brake disk cup 3 is formed as a solid component.
  • a metal-ceramic composite material is provided with copper as metal.
  • the brake disk assembly has a very high thermal conductivity.
  • the brake disk 2 and the brake disk pot 3 are made as an integral component in a one-piece mold.
  • a plurality of cooling devices 4 in the form of cooling ribs are provided on the brake disk chamber 3.
  • the ribs are provided in the radial direction outwards on the brake disk hub 3.
  • the cooling fins 4 have a straight shape, which can be made particularly simple and inexpensive.
  • the brake disk assembly 1 is fixed in a known manner to an axle connection 6.
  • the axis of rotation is designated XX.
  • Reference numeral 7 further denotes a vehicle inside, and reference numeral 8 denotes a vehicle outside.
  • Disc brake cup 3 is arranged.
  • no cooling devices for example, cooling channels, ribs, or the like
  • the metal material of the metal-ceramic composite copper is preferably used, and the plurality of cooling fins 4 are made entirely of copper. This allows a particularly good heat dissipation via the cooling fins 4 done.
  • the cooling fins 4 another metal with high thermal conductivity can be used, wherein the thermal conductivity of the cooling fins is preferably higher than the thermal conductivity of the metal of the metal-ceramic composite material.
  • the metal-ceramic composite materials used have a significantly better wear and corrosion behavior compared to gray cast iron, improved thermal stability and a lower density, so that in particular a weight reduction can be realized.
  • FIG. 2 shows brake disc assemblies 1 according to a second and third embodiment, wherein identical or functionally identical parts are denoted by the same reference numerals as in the previous embodiment.
  • the second exemplary embodiment shown in FIG. 2 comprises cooling ribs 10, which are likewise arranged exclusively on one axial side of the brake disk arrangement 1.
  • the cooling fins 10 are formed on the side facing the vehicle outer side 8 in the second embodiment.
  • cooling fins 4, 10 which are arranged on both axial sides of the brake disc assembly.
  • cooling fins 4, 10 are also made entirely of metal in the embodiments shown in Figures 2 and 3. Otherwise, these embodiments correspond to the first embodiment, so that reference may be made to the description given there.

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Abstract

Eine Bremsscheibenanordnung, umfassend eine Bremsscheibe (2), und einen Bremsscheibentopf (3), wobei die Bremsscheibe (2) in Radialrichtung außerhalb des Bremsscheibentopfes (3) angeordnet ist, wobei die Bremsscheibe (2) und der Bremsscheibentopf (3) aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff hergestellt sind, und wobei die Bremsscheibenanordnung ferner Kühleinrichtungen (4; 10) umfasst, welche ausschließlich am Bremsscheibentopf (3) angeordnet sind.

Description

Beschreibung
Titel
Bremsscheibenanordnung mit verbesserter Kühlwirkung
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsscheibenanordnung für Fahrzeuge, welche eine verbesserte Kühlwirkung aufweist.
Bremsscheibenanordnungen für Fahrzeuge sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen
Ausgestaltungen bekannt. Probleme können sich hierbei insbesondere aufgrund von zu hohen Temperaturen der Bremsscheibenanordnung ergeben, was im Extremfall zu einem Versagen der Bremse führen kann. Von daher ist eine Kühlung der Bremsscheibenanordnungen unabdinglich. Bekannt ist es hierbei, Kühlkanäle, beispielsweise in einer Bremsscheibe vorzusehen, welche eine innere Belüftung der Bremsscheibe ermöglichen. Trotzdem müssen die bekannten
Bremsscheibenanordnungen eine große Masse- Anhäufung, insbesondere im Bereich der Bremsscheibe, aufweisen, da die heutigen Bremsscheibenanordnungen hauptsächlich aus Grauguss hergestellt werden. Ohne diese Masse- Anhäufung könnten die hohen thermischen Anforderungen bei Grauguss nicht erfüllt werden, was jedoch zu erhöhtem Gewicht führt. Diese massive Ausführung sowie das Vorsehen der Kühlkanäle bergen jedoch auch gießtechnische
Probleme, wie z.B. Lunkerbildung oder Rissbildung.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Bremsscheibenanordnung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie eine sehr gute Abführung von Wärme ermöglicht. Ferner weist die erfindungsgemäße Bremsscheibenanordnung keine Masse- Anhäufung auf, sondern kann relativ kleinbauend und kompakt ausgeführt sein. Hierdurch kann insbesondere auch ein Gewicht der Bremsscheibenanordnung reduziert werden. Ferner kann erfindungsgemäß trotzdem insbesondere auch eine massive Ausbildung einer Bremsscheibe ausgeführt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Bremsscheibenanordnung, welche eine Bremsscheibe und einen Bremsscheibentopf umfasst, aus einem Metall-Keramik- Verbundwerkstoff hergestellt ist. Ferner weist die Bremsscheibeanordnung Kühleinrichtungen auf, welche am Bremsscheibentopf angeordnet sind. Durch diese erfindungsgemäße Kombination ist es möglich, dass die Bremsscheibe massiv ausgebildet ist und die Kühleinrichtung, welche eine Kühlung mittels Konvektion und/oder Strahlung bereitstellen, am Bremsscheibentopf vorgesehen sind. Die verwendeten Metall- Keramik- Verbundwerkstoffe weisen dabei besonders bevorzugt bei einer Raumtemperatur von 20° einen Wärmeleitfähigkeitswert auf, welcher größer als 70 W/mK, besonders bevorzugt größer 100 W/mK, ist. Somit kann erfindungsgemäß die insbesondere an der Bremsscheibe anfallende Wärme sehr gut durch den Metall- Keramik- Verbundwerkstoff zum Bremsscheibentopf und von dort auf die Kühleinrichtungen geleitet werden, von welchen dann die Wärme abgegeben werden kann. Hierdurch wird ferner insbesondere auch ein Wärmestau im Bereich der Radlager vermieden, da die Kühlung unmittelbar in der Nähe der Radlager am Bremsscheibentopf erfolgt. Insbesondere im Vergleich mit einer Bremsscheibenanordnung aus Grauguss mit Kühlkanälen, wird eine deutlich verbesserte Kühlleistung erreicht, so dass insbesondere Bremsscheiben mit kleineren Durchmessern realisiert werden könnten, oder die Bremsen bei gleichbleibenden Durchmessern leistungsfähiger werden.
Der Metall-Keramik- Verbundwerkstoff umfasst eine keramische Fase, welche mit einer Vielzahl von Poren versehen ist, die mit einem Metall gefüllt sind. Besonders bevorzugt sind dabei möglichst viele Poren mit benachbarten Poren verbunden, um eine hohe Wärmeleitfähigkeit bereitstellen zu können. Weiter bevorzugt ist ein Metallanteil im Verbundwerkstoff größer oder gleich 50 %.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Vorzugsweise sind die Kühleinrichtungen ausschließlich am Bremsscheibentopf angeordnet. Hierdurch wird ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau ermöglicht.
Besonders bevorzugt sind die Kühleinrichtungen aus einem Material mit einer sehr guten Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Dies ermöglicht eine besonders gute Kühlung der Bremsscheibenanordnung. Besonders bevorzugt sind die Kühleinrichtungen dabei aus einem Material hergestellt, welches eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufweist, als das Metall des Metall-Keramik- Verbundwerkstoffs. Alternativ wird für die Kühleinrichtungen das gleiche Metallmaterial verwendet, welches auch für den Metall- Keramik- Verbundwerkstoff der Bremsscheibenanordnung verwendet wird. Hierdurch kann eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung erreicht werden.
Besonders bevorzugt umfasst der Metall-Keramik- Verbundwerkstoff Kupfer oder eine Kupferlegierung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst der Bremsscheibentopf ferner einen radial nach innen gerichteten Flansch, wobei die Kühleinrichtung ausschließlich oder zusätzlich am Flansch angeordnet ist. Durch das Vorsehen des Flansches kann eine Kühlung unmittelbar am Radlager erfolgen.
Um eine möglichst kostengünstige Herstellung der Bremsscheibenanordnung zu ermöglichen, ist die Bremsscheibe vorzugsweise massiv ausgebildet. Hierdurch kann auf das Vorsehen von aufwändigen Kühlkanälen o.Ä. verzichtet werden, so dass in der Bremsscheibe ferner auch eine sehr gute Wärmeleitung aufgrund der Verwendung des Metall-Keramik- Verbundwerkstoffs realisiert ist.
Vorzugsweise ist die Kühleinrichtung ausschließlich an einer der in Axialrichtung der Bremsscheibenanordnung liegenden Axialseiten vorgesehen. Alternativ sind Kühleinrichtungen an beiden in Axialrichtung liegenden Axialseiten vorgesehen. Die Wahl, ob die Kühleinrichtung lediglich an einer oder an beiden Axialseiten vorgesehen sein kann, hängt insbesondere mit der Bremsleistung der Bremsscheibenanordnung zusammen, d.h., bei hoher Bremsleistung ist es bevorzugt, an beiden Axialseiten Kühleinrichtungen vorzusehen.
Die erfindungsgemäße Bremsscheibenanordnung wird vorzugsweise bei Fahrzeugen eingesetzt, welche hohe Bremsleistungen erbringen müssen, z.B. Sportwagen, SUVs,
Kleintransporter bzw. hochmotorisierte Fahrzeuge. Erfindungsgemäß kann hierbei eine verbesserte Bremsleistung bei gleichen Abmessungen der Bremsscheibenanordnung bereitgestellt werden. - A - Zeichnung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer Bremsscheibenanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht einer Bremsscheibenanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Figur 3 eine schematische Schnittansicht einer Bremsscheibenanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 eine Bremsscheibenanordnung 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Bremsscheibenanordnung 1 eine Bremsscheibe 2 und einen Bremsscheibentopf 3. Am Bremsscheibentopf 3 ist an einer radialen Innenseite ferner ein Flanschbereich 5 integral gebildet. Der Flanschbereich 5 ist im Wesentlichen radial ausgerichtet und der Verbindungsbereich des Bremsscheibentopfes zur Bremsscheibe 2 ist bogenförmig vorgesehen. Die Bremsscheibe 2 ist als massives Bauteil ausgebildet. Ebenfalls ist der Bremsscheibentopf 3 als massives Bauteil ausgebildet. Als Material für die Bremsscheibe und dem Bremsscheibentopf ist ein Metall-Keramik- Verbundwerkstoff mit Kupfer als Metall vorgesehen. Somit weist die Bremsscheibenanordnung eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf.
Da keinerlei Hohlstrukturen in der Bremsscheibe bzw. dem Bremsscheibentopf vorgesehen werden müssen, ist eine Herstellung der Bremsscheibenanordnung sehr einfach und kostengünstig. Die Bremsscheibe 2 und der Bremsscheibentopf 3 sind als integrales Bauteil in einer einstückigen Form hergestellt. Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, sind am Bremsscheibentopf 3 eine Vielzahl von Kühleinrichtungen 4 in Form von Kühlrippen vorgesehen. Die Rippen sind dabei in Radialrichtung nach außen am Bremsscheibentopf 3 vorgesehen. Die Kühlrippen 4 weisen dabei eine gerade Form auf, welche besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Die Bremsscheibenanordnung 1 ist dabei in bekannter Weise an einer Achsenanbindung 6 befestigt. Die Rotationsachse ist dabei mit X-X bezeichnet. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet ferner eine Fahrzeuginnenseite und das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Fahrzeugaußenseite.
Somit sind bei der Bremsscheibenanordnung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Kühlrippen 4 an einer zur Fahrzeuginnenseite 7 gerichteten Seite des
Bremsscheibentopfs 3 angeordnet. Hierbei müssen an der Bremsscheibe 2 selbst keine Kühleinrichtungen (z.B. Kühlkanäle, Rippen, o.Ä.) vorgesehen werden, so dass dieses Bauteil sehr einfach aufgebaut ist. Als Metallmaterial des Metall-Keramik- Verbundwerkstoffs wird vorzugsweise Kupfer eingesetzt, wobei die Vielzahl der Kühlrippen 4 vollständig aus Kupfer hergestellt sind. Hierdurch kann eine besonders gute Wärmeableitung über die Kühlrippen 4 erfolgen. Hierbei sei angemerkt, dass für die Kühlrippen 4 auch ein anderes Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet werden kann, wobei die Wärmeleitfähigkeit der Kühlrippen vorzugsweise höher ist, als die Wärmeleitfähigkeit des Metalls des Metall-Keramik- Verbundwerkstoffs.
Somit kann durch die massive Ausgestaltung der Bremsscheibe 2 insbesondere deren Abmessungen reduziert werden bzw. bei gleichbleibenden Abmessungen eine verbesserte Bremsleistung bereitgestellt werden. Ferner kann auch eine verbesserte Bremssattelsteifigkeit mit damit verbesserten NVH- Verhalten (Noise Vibration harshness) erhalten werden. Ferner können auch dickere Bremsbeläge mit einer längeren Lebensdauer eingesetzt werden.
Die verwendeten Metall-Keramik- Verbundwerkstoffe weisen dabei im Vergleich mit Grauguss ein deutlich besseres Verschleiß- und Korrosionsverhalten auf, eine verbesserte thermische Stabilität und eine geringere Dichte, so dass insbesondere eine Gewichtreduzierung realisiert werden kann.
Die Figuren 2 und 3 zeigen Bremsscheibenanordnungen 1 gemäß einem zweiten bzw. dritten Ausführungsbeispiel, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel bezeichnet sind. Das in Figur 2 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel umfasst Kühlrippen 10, welche ebenfalls ausschließlich an einer Axialseite der Bremsscheibenanordnung 1 angeordnet sind. Im Unterschied zu ersten Ausführungsbeispiel sind beim zweiten Ausführungsbeispiel die Kühlrippen 10 an der zur Fahrzeugaußenseite 8 gerichteten Seite ausgebildet.
Das in Figur 3 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel weist im Unterschied zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel Kühlrippen 4, 10 auf, welche an beiden Axialseiten der Bremsscheibenanordnung angeordnet sind. Dadurch kann eine noch verbesserte Wärmeabfuhr realisiert werden.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel sind bei den in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen die Kühlrippen 4, 10 ebenfalls vollständig aus Metall hergestellt. Ansonsten entsprechen diese Ausführungsbeispiele dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Bremsscheibenanordnung,
- wobei eine Bremsscheibe (2) an einem Bremsscheibentopf (3) angeordnet ist,
- wobei die Bremsscheibe (2) und der Bremsscheibentopf (3) aus einem Metall- Keramik- Verbundwerkstoff hergestellt sind, und
- wobei die Bremsscheibenanordnung ferner Kühleinrichtungen (4; 10) umfasst, welche am Bremsscheibentopf (3) angeordnet sind.
2. Bremsscheibenanordnung nach Anspruch 1, dass die Kühleinrichtungen (4; 10) ausschließlich am Bremsscheibentopf angeordnet sind.
3. Bremsscheibenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtungen (4; 10) aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt sind, insbesondere aus einem Metallmaterial.
4. Bremsscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtungen (4; 10) aus einem Material hergestellt sind, welches eine gleiche oder eine bessere Wärmeleitfähigkeit als der Metall-Keramik- Verbundwerkstoff aufweist.
5. Bremsscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtungen aus einem Metallmaterial hergestellt sind, welches auch für den Metall-Keramik- Verbundwerkstoff verwendet wird.
6. Bremsscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall des Metall-Keramik- Verbundwerkstoffs Kupfer oder eine Kupferlegierung ist.
7. Bremsscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf (3) einen Flansch (5) umfasst, wobei die Kühleinrichtung am Flansch (5) angeordnet ist.
8. Bremsscheibenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung ausschließlich am Flansch (5) des Bremsscheibentopfs (3) angeordnet ist.
9. Bremsscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (2) und der Bremsscheibentopf (3) massiv ausgebildet sind.
10. Bremsscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (4; 10) in Axialrichtung (X-X) der Bremsscheibenanordnung nur an einer Axialseite (7, 8) oder an beiden Axialseiten (7, 8) vorgesehen ist.
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