DE2214995A1

DE2214995A1 - Scheibenbremse

Info

Publication number: DE2214995A1
Application number: DE19722214995
Authority: DE
Inventors: Marshall George Whitfield
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-03-24
Filing date: 1972-03-28
Publication date: 1973-10-04
Also published as: FR2177223A5

Description

Scheibenbremse

In der heutigen Zeit finden bei Automobilen, Eisenbahnen und Plugzeugen mehr.und mehr Scheibenbremsen Verwendung. Frühere Scheibenbremsen-Konstruktionen besaßen eine massive ungeteilte Scheibe ohne besondere Kühlungsmittel, sowie eine innen gerippte luftgekühlte Scheibe, die für die Kühlung durch umlaufluft gedacht war. Die massive Scheibenbremse war weniger kostspielig aber in ihrer Gesamthaltung begrenzter ,da sie sehr leicht überhitzt, d. h. auf so hohe Temperaturen erhitzt werden konnte, dass das eine zunehmende ungünstige Wirkung auf die dagegenreibenden Bremsbacken- oder Beläge ergab· In gewissem Massewerden die hohen Temperaturen der früheren Scheibenbremsen durch einfache Luftkühlung reduziert. Es zeigte sich jedoch, dass diese Anordnung nur in sehr

Serinnern Ausmaß den Bereich und die Bremsleistung erhöhte. Gleichzeitig waren die luftgekühlten Scheiben teurer als die einfachen massiven Einheiten- und ihre Leistungsfähigkeit

neigte zur Verringerung we.ea des sinkenden Grades der Wärme-r- ^:ibertro.'XT'V3 von den gerippten Oberflächen nach einer gewisnen V c rwendungsdG ue-r.

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Es ist "bekannt, dass bei Benutzung auf staubigen Strassen und bei allen möglichen Wetterverhältnissen sich bei den luftgekühlten Autoiaobil-Scheibenbrenissn Staub und 3ch.in.utz; auf den Kühlflächen- ocler Rippen ansammelten, wodurch die W-llriueübertr^-ung rigoros verringert und die· Bremsen weniger wirksam wurden.

Die oben erwähnten Beeinträchtigungen und Nachteile der früheren Scheibenbremsen werden durch die vorliegende Erfindung beseitigt, die Massnahmen einer verbesserten "«■ rotierenden Bremsvorrichtung zum Gegenstand hat, wobei eine wirksame Wärmeübertragung von dem bremsenden Teil der Scheibe zu deren nichtbremsenden, entfernten Teilen erfolgt, ohne dass bei der Benutzung nachteilige Wirkungen auftreten, wie sie z.Zt. durch Schmutz oder Verunreinigungen auf den bekannten Kühlrippen oder Kühlflächen verursacht werden. Der oben erwähnte Zweck wird dadurch erfüllt, dass eine Bremsscheibe derart ausgebildet wird, dass sie eine Vielzahl von geschlossenen, radial verlaufenden Durchgängen aufweist, die über die gesamte durch Reibung erhitzte Fläche verläuft, sowie durch Maßnahmen in diesen Durchgängen in Form von Metallpulver (slugs) aus einem Metall mit einem niedrigem Schmelz- und Verdampfungspunkt, wobei diese Metallpulver (slugs) der . Reibungswärme der Scheibe ausgesetzt, geschmolzen und verdampft werden, was die Abführung grosser Wärmemengen bewirkt. Das verdampfte Metall kondensiert in entfernten Endbereichen durch die Durchgänge nahe der Bremsscheibennabe,

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BAD ORIGINAL

wo sieh kleine Metallkügelchen "bilden, die dann durch die Zentrifugalkraft nach aussen geschleudert werden, woraufhin sich der Verdampf ungs- und Wämeabführ-Zyklus wiederholt« Weitere Gegenstände und Merkmale der Erfindung schliessen die Anordnung einer verbesserten, durch Verdampfung von Metall-Auflagen gekühlieö. Bremsscheibe ein, die verhältnismässig leicht herstellbar und mit dem verdampften Metall auszurüsten ist j sowie Vorschläge einer Bremsscheibe der angegebenen Art, wirtschaftlieh in Massen-Produktion herzustellen,; die Anordnung einer supergekühlten Bremsscheibe gem. Beschreibung, die kompakt, betriebssicher und wiederholt gebrauchsfähig ist, um einen hohen Kühlungsgrad der Bremsflächen und eine wirksame Bremstatigkeit aufrecht zu erhalten.

Weitere Merkmale und Vorteile werden nachstehend beschrieben!

In den beigefügten Zeichnungen sind: Fig. l) eine axiale Schnittansicht einer durch Metalldampf gekühlten Bremsscheibe, die durch eine Drehnabenkonstruktion getragen und mit einem: in einer Taster-Anordnung (caliper) versehenem Bremsfutter verbunden ist. ■ ,

Fig. 2) ein Seitenaufriss der Bremsscheibe der Fig. 1).

Fig. 3) Schnitt der Linie 3-3 der Fig. 2). .

Fig. 4) Schnitt eines Teils einer Bremsscheibe, worin eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt wird. '

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Fig. 5) Schnitt der Linie 5-5 der Fig. 4) Fig. 6) Schnitt der Linie 6-6 der Fig. 4)

Fig. 7) End-Aufriss eines Radial-Rohres der in die Scheib® der Fig. 4 bis 6 eingegliederten Art.

In Fig. 1) wird ein drehbares Teil 10 dargestellt, das z.B. die Nabe eines Automobil-Rades sein kann, wobei dieses Teil durch eine Welle (nicht dargestellt) für Drehbewegungen in der bekannten Weise angepasst ist. Getragen durch das AutoFahrgestell (nicht dargestellt) wird eine Bremsvorrichtung des Taster-Typs (caliper), bestehend aus Bremsbacken oder schuhen 12 gestützt durch Haltevorrichtungen 14, die auf hydraulischen Kolben 16 der üblichen Art montiert sind.

Die Kolben 16 sind hin-und herbeweglich in Zylindern 18, die auf einem Traggestell 20, 22 montiert sind. Durch die Leitungen 24 wird hydraulische Flüssigkeit in die Zylinder 18 eingebracht. Die Bremsschuhe 12 sind mittels Klammern gegen die gegenüberliegenden Seiten der jetzt zu beschreibenden neuen Bremsscheibe angepasst. Während eine bestimmte Art von Taster-Bremsanordnung (caliper) in Fig. 1) dargestellt ist, versteht es sich jedoch von selbst, dass auch andere Bremsschuh-Konstruktionen angewandt werden können.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird in Verbindung mit der Nabe 10 und der oben beschriebenen Bremsschuh-Anordnung eine verbesserte Bremsscheiben-Konstruktion vorgesehen„ die allgemein durch die Pos. 26 gekennzeichnet und durch die geagenüberliegenden Bremsbacken 12 charakteresiert ist.

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In der Fig. 1 bis 3 hat die Bremsscheibe 26 an ihrem inneren Durchmesser ein Waben- oder Montierteil mit Schraubenlöchern 29, durch die es in betriebsfertigem Zustand mit der Radnabe 10 versehraubt werden kann. Die Bremsscheibe 16 umfaßt ausserdem zwei Platten 30 und 32, wobei die Platte 30 mit der Habe 28 ein Ganzes bildet und die Platte 32 einen feil 34 an dem inneren 'Durchmesser hat, der mit der Radnath© 10 verbunden werden kann» .

Die Platten 30_r'- 32 der Scheibe 26 sind gemäss der vorliegenden Erfindung so 'ausgebildet, dass zwischen ihnen radiale Kanäle entstehen. Mindestens eine Platte hat an ihrer Innenseite Rillen. Wie in Fig. 1) dargestellt, sind beide Platten 30, 32 mit radial verlaufenden Rillem 36 bzw. 38 versehen, die so angepasst sind, daß sie einander gleich oder miteinander in eine gerade Linie zu bringen sind., um geschlossene radiale Durchgänge 42 zu bilden, wenn die Platten in der. dargestellten Weise montiert werden.

Die Platten 30, 32 (einschl. Nabe 28) können in verschiedenen Arten ausgebildet werden, vorzugsweise durch Pressen von Metallpulver in geeigneten Formen. Beim Pressen können die eine oder beide der Platten 30, 32 an dem äusseren Durchmesser Einschnitte 40 bilden, die mit den Rillen 36 und/oder 38 der Platten in Verbindung ätBheru

Nachdem die Platten 30, 32 aus Metallpulver gepreßt und ge- " sintert worden sind, werden sie, wie in Fig„ 1) dargestellt^ e ntweder in- einem wei t eren Sinterverfahren- oder -dureh - Lot en— Stirnseite gegen Stirnseite zusammengefügt oder'vereinigt

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wodurch die Berührungsflächen mittels Metallbindung befestigt werden. Das vereinigt nicht nur die beiden Platten der Scheibe dauernd, sondern verwandelt auch die zusammengehörigen Rillen 36, 38 zu den geschlossenen radialen Kanälen 42, die anfänglich mit der Aussenatmosphäre durch die Einschnitte 40 in Verbindung sind. Nach der Zusammen— fügumg der beiden Platten 30» 32 der Bremsscheibe, kann Natrium, Kalium oder ein anderes Metall oder eine Legierung mit ähnlichen Eigenschaften durch die Einschnitte 40 in die radialen Kanäle 42 eingeführt werden, vorzugsweise durch Einspritzung des geschmolzenen Metalls.

Als alternierendes Verfahren können auch kurze Längen (Natrium oder Kalium) oder NaK-Legierungs-Stangen anstelle des einzuspritzenden geschmolzenen Metalls durch die Einschnitte 40 in die Durchgänge eingeführt werden. Wenn das Natrium oder ein anderes Metall in die Kanäle 42 eingeführt worden ist, werden diese verschlossen, vorzugsweise durch Verschliessen der Einschnitte 40 mittels Verschweissen. Die Schweissverschlüsse oder Blasen sind in Fig. 1) unter Pos. 44 angegeben, und die eingespritzten Mengen Natrium oder die eines anderen Metalls werden inform von "Anguß" 46 (slugs) an den Aussenenden der Kanäle 42 gezeigt. Das Natrium oder andere Metall, das in jeden radialen Kai eingeführt wurde, hat im festen Zustand ein Volumen, das geringer ist als das Volumen des besagten radialen Kanals, vorzugsweise geringer als die Hälfte davonl

Das Verfahren der verbesserten Bremsscheibe nach der vorliegenden Erfindung, wie sie z.Zt. zu verstehen ist, verläuft fol^endermassen:

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Während des Bremsvorgangs, wobei die Bremsschuhe 12 durch Druck auf die Flächen der entgegengesetzten Seite der Scheibe 26 gepresst werden, entwickelt sich eine erhebliche Reibungswärme, wodurch sich die Temperatur der Scheibe -sehr erhöht. Das läßt den Natrium-(slugs) 46 schmelzen und verdampfen, das ~ während es in festem und geschmolzenem Zustand.ist - durch die Zentrifugalkraft und die Drehbewegung der Scheibe an dem äusserefci Durchmesser der Scheibe 26 gehalten wurde. Das Schmelzen und besonders das Verdampfen des Natriums führt eine beträchtliche Wärmemenge aus dem äusseren Durchmesser der Scheibe ab. In verdampftem Zustand durchdringt das Natrium die Kanäle 42; in der Nähe des Nabenteils 34 der Platte 30 und Nabe 10 des Rades kondensiert das verdampfte Natrium und gibt eine Wärme an die Radnabe ab. Dieses kondensierte Natrium befindet sich dann inform, kleiner liügelchen auf den Flächen der Kanäle 42 und wird' durch die Wirkung der Zentrifugalkraft bei der Drehbewegung der Bremsscheibe radial nach aussen geschleudert. Dementsprechend wird das Natrium wieder auf den äusseren Durchmesser oder den Peripherieteil derScheibe 26 mit dem grossen Durchmesser gebracht, und wenn die Bremstätigkeit fortgesetzt wird, wobei die Scheibe weiterhin eine hohe Temperatur aufweist, werden die Natriiani-Eugelehen wieder geschmolzen und verdampft, wodurch die Wärmeabführung .von den Teilen der Scheibe auf den äusseren Durchmesser zu den Teilen mit dem kleineren Durchmesser und zur Radnabe 10 fortgesetzt wird.

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Eine andere Ausfiihrungsform der Erfindung wird in Fig. 4 bis 7 dargestellt. In diesen Figuren ist eine Vielzahl radial angeordneter iletallröhren 50 in die Bremsscheibe 26a eingesetzt worden, deren innere Endteile 52 vorzugsweise, wie in Fig. 5) dargestellt, abgeflacht sind, um ohne Berührung einen .-eringeren Abstand der Röhren zu ermöglichen. Auf diese Weise können mehr Röhren 50 in einer gegebenen Bremsscheibe 26a vorgesehen werden. Auch die Aussenendteile 54 der Röhren 50 werden vorzugsweise in einer entgegengesetzten Weise abgeflacht, d.h. in einer Ebene im rechten Winkel zu der Achse der Scheibe 26a gemäss Fig. 6). Dadurch nehmen die Aussenendteile 54 einen grösseren Teil der Teile der Scheibe des ausseren Durchmessers ein, wenn man eine Umfangmessung in Betracht zieht.

Die Bremsscheibe 26a kann auch zweakmassxgerweise aus Metallpulver in zwei Hälften gebildet werden, wie bei der Scheibe 26- Die Rillen der beiden Hälften der Platten der Scheibe 26a können so geformt sein, damit sie den abgeflachten Metallröhren 50 genau angepasst sind, die dann richtig in Stellung gebracht werden, woraufhin die Platten durch ein Sinter- oder Löt-Verfahren miteinander vereinigt werden. Die Röhren 50 sind mit Natrium-(slugs) in der bereits bei Fig, 1) bis 3) erläuterten Weise versehen. Die kleinen Durchgänge 56 im Peripherieteil der Scheibe 26a können zur Einspritzung von geächmlozenem Natrium verwendet werden, woraufhin die Durchgänge durch Schweissmaterial 58 oder durch Elektronenstrahlschweissen geschlossen werden.

ästen Bremse

Die Kühlwirkung der in Fig. 4) "bis 7) gezeigten Bremsscheibe 26a ist ähnlich der bereits in Verbindung mit Pig.-ι-) bis 3) beschriebenen.

Zusätzlich zu den Schweißblasen 44 (oder 58 in Fig. 4) kann die ganze äussere Peripherie der Bremsscheibe entlang des Saumes -geschweißt werden, um so der Bremsscheibe zusätzliche Festigkeit und Sicherung gegen Lecks oder mechanischen Bruch zu geben.

Aufgrund des Vorhergehenden ist nun erwiesen, dass ich eine neue und verbesserte überkühlte Drehbremsvorrichtung bereitgestellt habe, die die Wirkung der Verdampfung von Metall wie Natrium oder Kalium oder deren Verbindungen ausnutzt zum Zweck der Wärmeabsorbierung von Flächen mit hoher Temperatur und Übertragung jener Wärme auf Flächen mit niedrigerer Temperatur, wobei sie verbraucht wird. Die oben beschriebene wiederholte Verdampfung, Kondensation und das Schleudern des kondensierten Natrium-Metalls nach .aussen, ermöglichen eine kontinuierliche Kühlung der erhitzten Bremsflächen der Scheibe während verlängerter Bremszeiten. Die Bremsscheibe ist von relativ einfacher Konstruktion und kann wirtschaftlich hergestellt werden. Ausserdem ist die Bremsscheibe aufgrund der Herstellung mittels pulvermetallurgischer Verfahren stets zuverlässig und betriebssicher.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Eine Rotationsbremsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet,, dass sie in Kombination umfaßt:

a) ein drehbares Teil, das gebremst werden soll, um seine Drehung anzuhalten oder seine Umdrehungsgeschwindigkeit zu reduzieren,

b) eine Bremsscheibe mit einem Nabenteil, das mit besagtem Drehteil verbunden ist und sich mit ihm dreht,

c) Reibungsmittel einschl. eines Reibungsteils, das mit an der Peripherie gelegenen Aussenflächen der Scheibe: verbunden werden kann, um das Drehen der Scheibe zu bremsen,

d) besagte Scheibe mit einer Vielzahl von fest geschlossenen und fest verschlossenen, radial verlaufenden Kanälen, die zwischen besagtem Nabenteil und der Peripherie verlaufen, wobei diese Kanäle nebeneinander und in guter wärmeleitender Beziehung zu den besagten Aussenflächen angeordnet sind,

e) "Angüsse" (slugs) eines Metalls· mit niedrigen Schmelz- und Verdampfungspunkten, die in Mengen in besagten Kanälen eingebracht sind, um der Zentrifugalkraft und der Reibwärme der Scheibe durch, besagte Reibungsmittel unterworfen zu werden,

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f) wobei besagte "Angüsse" (slugs) im festen Zustand erheblich weniger als das ganze Volumen der "besagten Kanäle einnehmen, so dass innerhalb dieser Kanäle reichlich Raum zur vollständigen, oder teilweisen Verdampfung bleibt, die"Angüsse" (slugs) schmelzen und nach aussen gegen die Peripherie der Scheibe unter der Wirkung der Zentrifugalkraft geschleudert werden und danach verdampfen, wenn die Scheibe eine vorbestimmte hohe Temperatur erreicht, wodurch eine Kühlung auf die Sch.eibe ausgeübt wird aufgrund der Wirkung der Verdampfungswärme des Materials der "Angüsse" (slugs) und das verdampfte Metall auf Teilen der Scheibe, die von ihrer Peripherie entfernt gelegen sind, kondensiert, woraufhin die gebildeten Metall-Kügelchen wiederum durch Zentrifugalkraft nach aussen an die Peripherie geschleudert werden und der Verdampfungsund Wärmeabführungs-Zyklus sich wiederholt.
2) Eine Bremsvorrichtung gemäss Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß:

a) die Scheibe aus zwei Platten aus gesintertem Metallpulver besteht, ·

b) mindestens eine der erwähnten Platten radiale Rillen aufweist, die besagte Kanäle bilden,

c) besagte Platten metallurgisch zusammengefügt sind, um die erwähnten radialen Aushöhlungen zu schließen,

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3) Eine Bremsvorrichtung gemäss Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin einschließt:

a) eine Vielzahl radial in besagter Scheibe angeordne- . ter Röhren,

b) die Bohrungen dieser Röhren, die besagte radial verlaufende Kanäle bilden.
4) Eine Bremsvorrichtung geniäss Anspruch 3), dadurch gekennzeichnet, dass darin:

a) die inneren Endteile der Röhren abgeflacht sind, um zu ermöglichen,'dass die Röhren ohne Berührung in kleine-rem Abstand angeordnet sind, als wenn die besagten Endteile nicht abgeflacht wären.
5) Eine Bremsvorrichtung gemäss Anspruch 4)> dadurch -gekennzeichnet, dass:

a) die äusseren Endteile der Röhren abgeflacht sind in Richtung des rechten Winkels zu der Abflachung der inneren Endteile, wobei die -äusseren Endteile einen grösseren Anteil des äucseren Unifangs der Scheibe einnehmen.
6) Eine Bremsvorrichtung gemäss Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß:

a) die Bremsscheibe einen inneren Umfang besitzt, der von ihrem äusseren Umfang entfernt ist,

b) besagte Kanäle zwischen dem inneren und dem äusseren Umfang der Scheibe verlaufen.

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7) Eine. Bremsvorrichtung gemäss Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass: · ._t

a) das' drehbare Teil eine Nabe auf v/eist,

"b) der innere Umfang der Scheibe in guter wärmeführender Beziehung zu der erwähnten Nabe steht,

c) besagte Kanäle zu Punkten nahe des kleineren Umfangs der Scheibe verlaufen.
8) Eine Bremsvorrichtung gemäss Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet,· dass:

a) die Enden der radial verlaufenden Kanäle in.dem äusseren Umfang der Scheibe reduzierte Flachen besitzen,

b) geschweißtes Metall diese besagten reduzierten Flächen verschließen.
9) Eine Bremsvorrichtung gemäss Anspruch 3)> dadurch gekennzeichnet, daß:

a) der äussere Umfang der Scheibe kleine Durchlässe aufweist, die mit den Enden der Röhren verbunden sind, und ^ ' .

b) geschweisstes Metall besagte kleine Durchgänge ver-schliesst.
10) Eine Bremsvorrichtung gemäss Anspruch. 1), dadurch gekennzeichnet, dasi^ das Metall mit niedrigen Schmelz- und Yerdatmfungspunkten in festem Zustand erheblich weniger als eine Hälfte des Gesamtvolumens der besagten Durchgänge einnimmt.

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