ВЕНТИЛИРУЕМЫЙ ТОРМОЗНОЙ ДИСК ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ПРОМЫШЛЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК F16D65/12 F16D65/847 

Изобретение касается вентилируемого тормозного диска для транспортных средств, в частности для транспортных средств промышленного назначения, таких как, например, грузовые автомобили, автобусы или тяжелые сухопутные транспортные средства или рельсовые транспортные средства с дисковым тормозом согласно ограничительной части пункта 1.

Тормозные диски дисковых тормозов общеизвестны. Такие тормозные диски в большинстве случаев имеют чашеобразную форму и изготавливаются литьем чугуна, ковкой чугуна или литьем стали, причем чаще всего тормозные диски по экономическим причинам изготавливаются из серого чугуна.

Кроме того, общеизвестны вентилируемые тормозные диски. Такие тормозные диски применяются при высоких нагрузках и обеспечивают, благодаря своей геометрии, проницаемость области тормозного диска, в которой в результате трения происходит выделение тепла (фрикционные кольца). Тем самым может быть обеспечена лучшая эффективность охлаждения тормозного диска. Такая традиционная конструкция вентилируемого тормозного диска показана на представляющей уровень техники фиг.1. Этот вентилируемый тормозной диск 100 имеет обычно два находящихся на расстоянии друг от друга для образования кольцевого зазора 103 с заданной шириной а зазора и фрикционных кольца 101, 102 с соответственно одинаковой толщиной b материала или, соответственно, стенки. Оба фрикционных кольца 101, 102 соединены друг с другом множеством расположенных в кольцевом зазоре соединительных перемычек 104, при этом отдельные соединительные перемычки, что здесь, впрочем, не изображено, расположены в окружном направлении тормозного диска на расстоянии друг от друга и тем самым образуют общеизвестным способом проходящие в радиальном направлении каналы.

При этом фрикционное кольцо 101 представляет собой так называемое внутреннее фрикционное кольцо, в то время как фрикционное кольцо 102 представляет собой так называемое наружное фрикционное кольцо, к которому в области свободного внутреннего диаметра примыкает называемая также шейкой цилиндрическая часть 105 вентилируемого тормозного диска 100. Эта цилиндрическая часть 105 тормозного диска имеет кольцевой фланец 106, с помощью которого тормозной диск может быть смонтирован на автомобиле общеизвестным способом. Но существуют и другие возможности крепления, такие как, например, резьбовое соединение тормозного диска.

С помощью таких вентилируемых тормозных дисков может быть значительно повышен отвод тепла по сравнению с традиционными, состоящими из одного единственного фрикционного кольца, тормозными дисками. В частности, у тяжелых транспортных средств, таких как, например, грузовые автомобили, автобусы или тяжелые сухопутные транспортные средства, из-за высокой тормозной и вместе с тем термической нагрузки вентилируемых тормозных дисков по прежнему возможны обусловленные перегревом повреждения, такие как, например, термические трещины, которые в итоге могут даже привести к разрушению тормозного диска. Чтобы в таких случаях с помощью вентилируемых тормозных дисков достичь лучшего эффекта вентиляции, известно также, что фрикционные кольца вентилируемых тормозных дисков снабжаются отверстиями или, соответственно, подвергаются перфорации по всей их поверхности.

Недостатком тормозных дисков без вентиляции является их повышенный вес, который увеличивает неподрессоренные массы транспортного средства. Это может довольно негативно повлиять на комфортность езды и, кроме того, так как вращающий инерционный момент тормозного диска влияет на расход топлива, привести к повышенному расходу топлива. Кроме того, у транспортных средств промышленного назначения высокий вес является также недостатком с точки зрения погрузочной вместимости транспортного средства.

Из DE 10 2007 046 724 A1 известен составной тормозной диск с тангенциально расположенными соединительными средствами, которые к тому же имеют отформованные элементы, которые вызывают увеличение поверхности, а также должны увеличить турбулентность потока в близкой к стенке области внутренней стороны частей фрикционного кольца.

Аналогичный тормозной диск известен из FR 2 872 876 A1.

WO 2008/078352 A1 известен вентилируемый тормозной диск, в котором на внутренней стороне фрикционного кольца выполнены структуры, которые должны создавать завихрения. То же самое можно сказать о GB 1449512.

DE 10 2004 056 645 F1 описывает вентилируемый тормозной диск с двумя противолежащими фрикционными кольцами, участки стенок которых выполнены волнообразными.

Поэтому задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить вентилируемый тормозной диск для транспортных средств, в частности для транспортных средств промышленного назначения, таких как, например, грузовые автомобили, автобусы или тяжелые сухопутные транспортные средства или рельсовые транспортные средства с дисковыми тормозами, с помощью которого возможен оптимальный или, соответственно, оптимизированный отвод тепла.

Эта задача решается с помощью признаков пункта 1. Предпочтительные варианты осуществления являются предметом зависимых пунктов.

В соответствии с изобретением предусмотрено, что фрикционные кольца для образования - если смотреть относительно внутреннего диаметра соответствующего другого фрикционного кольца - радиального выступа на одном из фрикционных колес в виде элемента для направления потока в области впускающего воздух канала выполнены на отдельных участках или в отдельных областях с различным внутренним диаметром. С помощью подобного радиального выступа в области элемента для направления потока может значительно увеличиться объемный расход втекающего в кольцевой зазор воздушного потока, что приводит к значительному увеличению отвода тепла от фрикционных колец к протекающему воздуху в кольцевом зазоре.

Далее, в соответствии с изобретением предусмотрено, что имеющее меньший внутренний диаметр и тем самым образующее радиальный выступ фрикционное кольцо снабжено и/или выполнено с подобной лопасти геометрией. Например, подобная лопасти геометрия образована посредством по меньшей мере одной выемки на радиальном выступе предпочтительно посредством вогнуто изогнутой выемки.

Наконец, в соответствии с изобретением предусмотрено, что ряд завихрителей, образованный несколькими находящимися на расстоянии друг от друга в окружном направлении завихрителями, примыкает непосредственно к подобной лопасти геометрии. При этом является предпочтительным выполнение, в котором образованная вогнутой выемкой подобная лопасти геометрия прямо и плавно переходит в примыкающие завихрители, так что эти завихрители образуют квазисоставную часть подобной лопасти геометрии радиального выступа. За счет этого достигается особенно эффективное и предпочтительное увеличение объемного расхода в сочетании с дополнительным заданием турбулентного течения, посредством которого характеристики воздушного потока в области кольцевого зазора оптимизируются настолько, что достигается значительный отвод тепла.

Таким образом, в соответствии с изобретением предусмотрено, что кольцевой зазор, в частности его входная область с внутренней стороны и возможные соединительные перемычки, выполняются таким образом, чтобы максимально повысить расход воздуха при эксплуатации тормозного диска, и/или в области кольцевого зазора предусматриваются геометрические элементы, которые предназначены для того, чтобы повысить интенсивность турбулентности потока в кольцевом зазоре. С помощью этих мероприятий становится возможным особенно эффективный переход тепла от фрикционных поверхностей фрикционного кольца тормозного диска к проходящему через кольцевой зазор воздуху.

С помощью этого предлагаемого изобретением мероприятия можно, таким образом, отдельно или в комбинации друг с другом:

a) добиться улучшения перехода тепла путем повышения интенсивности турбулентности в потоке в кольцевом зазоре,

b) добиться повышения расхода проходящего через кольцевой зазор воздуха,

c) добиться увеличения поверхности кольцевого зазора,

d) оптимизировать геометрию кольцевого зазора,

e) значительно уменьшить вес тормозного диска.

Согласно первому конкретному варианту осуществления по пункту 2 предусмотрено, что в области кольцевого зазора выполняется множество выпуклых в виде шишечек и/или углубленных в виде лунок завихрителей фрикционных колец. Предпочтительным образом эти завихрители находятся на расстоянии друг от друга, и/или от соединительной перемычки, и/или от соответствующего соседнего фрикционного кольца. Завихрители могут иметь практически любую форму, структуру или геометрию, которая может быть использована для того, чтобы в соответствующем случае применения вентилируемых тормозных дисков создавать желаемый турбулентный поток. Однако особенно предпочтительным является вариант осуществления, в котором завихрители выполнены в точечной форме, а именно в виде так называемых шишечек фрикционного кольца и/или углублений или, соответственно, лунок фрикционного кольца. Такие, например, имеющие форму шишечек, выполненные в виде шишечек фрикционного кольца завихрители наилучшим образом подходят для того, чтобы в области кольцевого зазора создавать турбулентный поток и увеличивать поверхность. Оба мероприятия, а именно, с одной стороны, турбулентный поток, а с другой стороны, увеличение поверхности, в значительной степени способствуют тому, чтобы оптимизировать отвод тепла от фрикционных колец к проходящему через кольцевой зазор воздуху.

При этом завихрители могут быть расположены или, соответственно, выполнены как только на одном, так и на обоих фрикционных кольцах в соответствующих заданных областях кольцевого зазора. Это значит, что завихрители могут быть расположены в области кольцевого зазора практически везде. Особенно предпочтительным является, однако, расположение завихрителей в радиально внутренней впускающей воздух области вентилируемого тормозного диска, соответственно, альтернативно или дополнительно к этому также в радиально наружной выпускающей воздух области кольцевого зазора, а именно, предпочтительным образом, по меньшей мере, в отдельных областях или, по меньшей мере, на отдельных участках по периметру соответствующего фрикционного кольца. При этом особенно предпочтительным является вариант осуществления, в котором завихрители расположены в ряд или, альтернативно, в несколько находящихся в радиальном направлении на расстоянии друг от друга рядов, по меньшей мере, в отдельных областях или, по меньшей мере, на отдельных участках по периметру соответствующего фрикционного кольца. Однако особенно предпочтительным является расположение по всему периметру соответствующего фрикционного кольца, позволяющее достичь турбулентных завихрений потока в каждой области кольцевого зазора. Кроме того, расположение таких рядов завихрителей в радиально внутренней впускающей воздух области является особенно предпочтительным для того, чтобы можно было уже со стороны впуска придать поступающему в кольцевой зазор воздушному потоку соответствующее завихрение.

При этом ряд или, соответственно, ряды выполнены предпочтительным образом так, что отдельные завихрители образуют регулярный рисунок, например, расположены или, соответственно, выполнены на соответствующем одинаковом расстоянии друг от друга.

Высота или, соответственно, глубина завихрителей может при этом быть всегда одинаковой или различной в заданных областях. Например, в случае нескольких находящихся на расстоянии друг от друга в радиальном направлении рядов завихрителей высота и/или глубина завихрителей, по меньшей мере, для части различных рядов может быть выполнена различной. Соответствующее конкретно выбранное исполнение зависит от соответствующих необходимых условий практического применения вентилируемого тормозного диска.

Кроме того, при расположении завихрителей в обращенных друг к другу областях стенок обоих фрикционных колец в расположенных в окружном направлении напротив друг друга областях фрикционного диска, если смотреть в радиальном направлении, завихрители могут быть расположены, по меньшей мере, частично или в отдельных областях на одинаковой высоте или, по меньшей мере, частично или в отдельных областях со смещением относительно друг друга. В частности, расположение со смещением относительно друг друга может особенно способствовать тому, чтобы достичь особенно эффективного завихрения воздушного потока в кольцевом зазоре и/или избежать блокирования прохода воздуха.

Кроме того, в случае нескольких рядов завихрителей соседние в радиальном направлении ряды завихрителей, по меньшей мере, частично могут быть взаимно смещены в окружном направлении, предпочтительным образом в отношении отдельных завихрителей так взаимно смещены, что один из завихрителей одного ряда завихрителей, если смотреть в окружном направлении, будет находиться между двумя завихрителями соответствующего соседнего ряда. При этом особенно предпочтительным является серединное расположение между двумя завихрителями соответствующего соседнего ряда.

Согласно одному другому предпочтительному мероприятию, альтернативно таким завихрителям или, соответственно, предпочтительным образом, дополнительно к ним может быть предусмотрено, что, по меньшей мере, один элемент для направления потока образован по существу точечными и находящимися на расстоянии друг от друга соединительными перемычками. При этом выражение «точечными» означает, что соединительные перемычки не являются элементами стенок, проходящими по существу от радиально внутренней впускающей воздух области к радиально наружной выпускающей воздух области, а в данном случае выполнены несколько меньше расстояния между радиально внутренней впускающей воздух областью и радиально наружной выпускающей воздух областью, так что относительно определенного радиального направления может быть расположено на расстоянии друг от друга несколько таких точечных соединительных перемычек. Такие выполненные в точечной форме и находящиеся на расстоянии друг от друга соединительные перемычки могут как по отдельности, так и в комбинации с описанными выше завихрителями в значительной степени способствовать тому, чтобы в области кольцевого зазора создавался или, соответственно, в частности, также поддерживался турбулентный поток.

Особенно предпочтительным является при этом вариант осуществления, в котором точечные соединительные перемычки в кольцевом зазоре образуют несколько смещенных относительно друг друга в радиальном направлении и/или в окружном направлении тормозного диска рядов соединительных перемычек, при этом соединительные перемычки, по меньшей мере, одного из рядов соединительных перемычек, предпочтительным образом, по меньшей мере, в отдельных областях находятся на одинаковом расстоянии друг от друга.

Согласно другому особенно предпочтительному варианту осуществления соседние в радиальном направлении ряды соединений могут быть, по меньшей мере, частично, если смотреть в окружном направлении, взаимно смещены относительно друг друга, в частности, в отношении отдельных соединительных перемычек смещаться относительно друг друга так, что соединительная перемычка одного ряда соединительных перемычек, если смотреть в окружном направлении, будет находиться между двумя соединительными перемычками соответствующего соседнего ряда соединительных перемычек. Особенно предпочтительным является при этом расположение посредине между двумя соединительными перемычками соответствующего соседнего ряда соединительных перемычек. Кроме того, превосходный турбулентный режим потока в области кольцевого зазора получается с помощью мероприятия, при котором, по меньшей мере, один ряд завихрителей расположен на одном или на обоих фрикционных кольцах в радиально внутренней впускающей воздух области, к которой, если смотреть в радиальном направлении, примыкают ряды соединительных перемычек таким образом, что если смотреть в радиальном направлении, непосредственно граничащий с первым рядом соединительных перемычек ряд завихрителей смещен от него в окружном направлении. Это смещение выполнено, в частности, так, что соответствующая область допусков фрикционного кольца лежит в области между двумя находящимися на расстоянии друг от друга в окружном направлении соединительными перемычками первого ряда соединительных перемычек. Здесь также, в свою очередь, предпочтительным расположением является расположение посередине.

Согласно другому особенно предпочтительному варианту осуществления идеи настоящего изобретения предусмотрено, что поверхность областей стенок кольцевого зазора для образования элемента для направления потока, по меньшей мере, в отдельных областях выполнена с создающей и/или благоприятствующей турбулентному воздушному потоку шероховатостью поверхности, в частности с шероховатостью, превышающей Rz35 по DIN 4766.

Особенно предпочтительным образом предусматривается, что внутреннее, в смонтированном состоянии тормозного диска, фрикционное кольцо, по меньшей мере, в отдельных областях имеет больший внутренний диаметр, чем наружное фрикционное кольцо, которое несет цилиндрическую часть тормозного диска. Благодаря этому мероприятию гарантируется, что всасываемый, главным образом, с внутренней стороны фрикционного кольца воздушный поток не должен поступать во входной канал через предусмотренный там «холодный носик» внутреннего фрикционного кольца, а попадает непосредственно в воронкообразно расширенное входное отверстие тормозного диска.

Кроме того, подобная лопасти геометрия может быть выполнена в комбинации с окружным, расположенным на периферической стороне радиальным выступом. При этом речь идет о предпочтительной форме осуществления. Но альтернативно этому подобная лопасти геометрия может быть также предусмотрена или, соответственно, выполнена только на отдельных участках.

Кроме того, согласно другому особенно предпочтительному конкретному варианту осуществления предусмотрено, что внутренний диаметр одного фрикционного кольца уменьшен таким образом, что, по меньшей мере, один образованный несколькими находящимися на расстоянии друг от друга в окружном направлении завихрителями ряд завихрителей расположен на радиальном выступе другого фрикционного кольца. Особенно предпочтителен при этом вариант осуществления, в котором внутренний диаметр одного фрикционного кольца уменьшен таким образом, что, по меньшей мере, один ряд, а также подобная лопасти геометрия расположены на радиальном выступе другого фрикционного кольца. При этом вышеназванные преимущества достигаются особенно эффективным и функционально надежным образом.

Согласно одному другому конкретному варианту осуществления предусмотрено, что обе внутренние стороны фрикционного кольца, если смотреть в поперечном сечении и независимо от расположенных или выполненных в кольцевом зазоре соединительных перемычек и/или других соответственно расположенных или выполненных там элементов для направления потока, образуют каждая одну из внутренних плоскостей фрикционных колец, которые для образования кольцевого зазора находятся на расстоянии заданной ширины зазора друг от друга, при этом обе внутренние плоскости фрикционного кольца в заданных областях проходят непараллельно друг другу. С помощью такого непараллельного исполнения двух внутренних плоскостей фрикционных колец простым способом может быть достигнуто желаемое влияние на скорость воздуха в кольцевом зазоре, например, путем конического заострения кольцевого зазора от входной стороны к выходной стороне. Путем повышения скорости воздуха удается существенно повлиять и поспособствовать отводу воздуха, а с ним и отводу тепла из кольцевого зазора. Альтернативно такому, приведенному только в качестве примера, варианту осуществления могут быть также предусмотрены или, соответственно, выполнены совместно или альтернативно друг другу выпуклые или вогнутые геометрические формы.

Это мероприятие также может, в свою очередь, быть выполнено на тормозном диске как отдельно, так и в комбинации с одним из описанных выше мероприятий.

Согласно одному другому предпочтительному выполнению предусмотрено, что толщина стенки фрикционных колец выполнена различной, в частности выполнена различной таким образом, что кольцевой зазор, если смотреть в поперечном сечении через оба фрикционных кольца, расположен не в центре. При этом, предпочтительным образом, толщина стенки соединенного с цилиндрической частью наружного фрикционного кольца меньше, чем толщина стенки внутреннего фрикционного кольца. Кроме того, предпочтительным образом, толщина стенки уменьшена так, что разность масс наружного и внутреннего фрикционного кольца в необходимой степени уравновешена, в частности примерно уравновешена. К тому же такое «внецентренное» расположение кольцевого зазора реализуется очень просто, например, в процессе литья.

С помощью всех описанных выше мероприятий достигается, таким образом, существенное улучшение перехода тепла от тормозных дисков к воздушному потоку в кольцевом зазоре, при этом эти мероприятия, как уже часто повторялось, могут быть выполнены на вентилируемом тормозном диске как по отдельности, так и в любых комбинациях друг с другом. Это существенно зависит от соответственно имеющихся требований соответствующего варианта применения. С помощью этих предлагаемых изобретением мероприятий, оптимизирующих отвод воздуха и вместе с ним отвод тепла от тормозного диска, одновременно возможно уменьшение веса тормозного диска при неизменной механической прочности и устойчивости к образованию термических трещин, а именно при сравнимой наружной геометрии и при идентичном материале, так как благодаря устанавливающейся на тормозном диске более низкой температуре у такого тормозного диска выбор размеров и расчет тормозного диска в отношении его механической прочности и устойчивости к образованию термических трещин может быть проведен с более низкими требованиями, чем у существующих в настоящее время тормозных дисков.

Изобретение поясняется ниже более подробно на примере чертежей, на которых:

фиг.1 показывает схематично часть поперечного сечения вентилируемого тормозного диска согласно уровню техники,

фиг.2 - схематично вид в перспективе соответствующего изобретению вентилируемого тормозного диска,

фиг.3 - схематично вид в перспективе части поперечного сечения соответствующего изобретению тормозного диска, показанного на фиг.2,

фиг.4 - схематично часть вида в перспективе наружного фрикционного кольца,

фиг.5 - схематично часть изображения в перспективе внутреннего фрикционного кольца,

фиг.6 - схематично часть поперечного сечения соответствующего изобретению варианта осуществления вентилируемого тормозного диска с подобной лопасти геометрией краевого выступа в впускающей воздух области,

фиг.7 - схематично часть поперечного сечения другого соответствующего изобретению варианта осуществления с внецентренным кольцевым зазором.

На фиг.2 схематично в перспективном изображении приведен вид вентилируемого тормозного диска 1, имеющего внутреннее фрикционное кольцо 3 и наружное фрикционное кольцо 4, которые вместе образуют кольцевой зазор 2 с заданной шириной зазора.

Как это, в частности, видно на фиг.3, к наружному фрикционному кольцу примыкает шейка или, соответственно, цилиндрическая часть 5 тормозного диска с кольцевым фланцем 6.

Тормозной диск 1 имеет радиально внутреннюю впускающую воздух область 7, а также радиально наружную выпускающую область 8.

В радиально внутренней выпускающей воздух области 7, как это, в частности, видно на фиг.3, 6 и 7, внутреннее фрикционное кольцо 3 выполнено с большим внутренним диаметром, чем наружное фрикционное кольцо 4, так что на наружном фрикционном кольце 4 образуется окружной радиальный выступ 9, который расширяется практически воронкообразно к внутреннему фрикционному кольцу 3 и наклонен здесь, для примера, под углом α, равным, например, приблизительно 45°, к плоскости тормозного диска, благодаря чему радиальный выступ работает в впускающей воздух области 7 подобно воздушной лопатке или лопасти, так что в кольцевой зазор 2 может всасываться большое количество охлаждающего воздуха. Как, в частности, показывает сравнение фиг.1 и 7, в соответствующем изобретению варианте осуществления с радиальным выступом 9 воздушный поток, в отличие от уровня техники, не должен сначала проходить вокруг носика 107, чтобы затем снизу попасть в кольцевой зазор 103.

Как показано также на фиг.7, наружное фрикционное кольцо 5 выполнено, предпочтительным образом, с толщиной 31 стенки, которая меньше толщины 32 стенки внутреннего фрикционного кольца 3, причем разница между толщинами 31, 32 стенки выбрана таким образом, что разность масс двух фрикционных колец 3, 4, обусловленная присоединением цилиндрической части 5 тормозного диска к наружному фрикционному кольцу 4, уравновешивается в необходимой степени.

Как показывает сравнение фиг.2-7, на радиальном выступе 9 выполнены два находящихся на расстоянии друг от друга и смещенных относительно друг друга в радиальном направлении, а также смещенных относительно друг друга в окружном направлении ряда выпуклых шишечек 13 фрикционных колец, при этом шишечки 13 фрикционных колец имеют здесь практически шаровой наружный контур, а также примерно одинаковую форму и размер. Как это, в частности, видно на фиг.2 и 3, а также на фиг 4, оба ряда 11, 12 шишечек 13 фрикционных колец смещены здесь в окружном направлении относительно друг друга таким образом, что отдельные шишечки 13 фрикционных колец находятся примерно посередине между двумя соседними шишечками 13 фрикционных колец соответствующего соседнего ряда 11 или, соответственно, 12.

Как можно также видеть, в частности, на фиг.3 и 6, к направленному к оси тормозного диска самому нижнему ряду 12 шишечек 13 фрикционных колец примыкает образующая воздухонаправляющий язычок или, соответственно, подобную лопасти геометрию вогнутая выемка 14, которая также способствует тому, чтобы заставить поступать как можно больше воздуха во впускающей воздух области 7 целенаправленно в кольцевой зазор 2. Расположение двух рядов 11, 12 шишечек 13 фрикционных колец здесь выбрано исключительно в качестве примера. Разумеется, может быть предусмотрен и только один ряд или же больше двух рядов таких шишечек 13 фрикционных колец.

Также для примера, как, в частности, хорошо видно на фиг.5, на противоположном, внутреннем фрикционном кольце 3 только в качестве примера расположен только один ряд 15 шишечек 13 фрикционных колец, которые, как это, в частности, видно на фиг.6 и 7, могут быть смещены как в радиальном направлении, так и в окружном направлении (здесь не изображено) в отношении, по меньшей мере, одного из рядов 11, 12 шишечек 13 фрикционных колец, расположенных на наружном фрикционном кольце 4. Но это не является обязательно необходимым.

На фиг.7 показан вариант осуществления, в котором на радиальном выступе 9 не выполнена вогнутая выемка 14. Но в принципе, выпуклая выемка 14 может располагаться или, соответственно, быть выполнена только на отдельных участках, если смотреть в окружном направлении, на радиальном выступе 9.

С помощью выполненной таким образом впускающей воздух области 7 кольцевого зазора 2, как уже было описано выше, открывается возможность заставить поступать большое количество воздуха в кольцевой зазор 2, причем в этом случае этому потоку 10 воздуха с помощью шишечек 13 фрикционных колец или, соответственно, если имеется, вогнутой выемки 14 придается турбулентный характер, что существенно ускоряет или, соответственно, оптимизирует переход тепла от горячих фрикционных колец 3, 4 к потоку воздуха в кольцевом зазоре 2.

Чтобы еще больше повысить или, соответственно, по меньшей мере, поддержать степень турбулентности поступающего охлаждающего воздуха в кольцевом зазоре, в качестве другого мероприятия здесь предусмотрено выполнить обе соединяющие фрикционные кольца 3, 4 соединительные перемычки 16 в точечной форме и, как, в частности, показано на фиг.4 и 5, расположить их несколькими рядами 17, 18 соединительных перемычек по периметру тормозного диска 1 или, соответственно, фрикционных колец 3, 4. Только для примера здесь показаны три ряда 17, 18 и 19 соединительных перемычек.

Как это видно также, в частности, на фиг.4 и 5, отдельные соседние ряды 17, 18 и 19 соединительных перемычек здесь, предпочтительным образом, снабжены каждый выполненными примерно идентично соединительными перемычками 16, при этом отдельные соединительные перемычки 16, так же как и шишечки 13 фрикционных колец, предпочтительным образом, находятся примерно на одинаковом расстоянии друг от друга, причем здесь также, кроме того, аналогично шишечкам 13 фрикционных колец рядов 11, 12 наружного фрикционного кольца 4, отдельные соседние ряды 17, 18 и 19 соединительных перемычек в окружном направлении так смещены относительно друг друга, что соединительная перемычка 16 находится примерно посредине между двумя соседними соединительными перемычками 16 соответствующего соседнего ряда 17, 18 и 19 соединительных перемычек.

В переходе от ряда 19 соединительных перемычек к рядам 11, 15 шишечек 13 фрикционных колец на внутреннем фрикционном кольце 3 и на наружном фрикционном кольце 4 расположение выбрано также таким образом, что соединительная перемычка 16 находится примерно посредине между двумя соседними шишечками 13 фрикционных колец и наоборот.

Как это только очень схематично изображено на фиг.6 штриховыми линиями, обе образованные внутренними поверхностями фрикционных колец внутренние плоскости 20, 21 фрикционных колец могут располагаться не параллельно друг другу, а, например, конусообразно сходиться к выпускающей воздух области 8, благодаря чему скорость воздушного потока в кольцевом зазоре 2 может нарастать к этой области 8, что также способствует улучшению и ускорению отвода воздуха и ускорению отвода тепла.

Кроме того, заданные области поверхности внутреннего фрикционного кольца 3 и/или наружного фрикционного кольца 4 в кольцевом зазоре могут быть выполнены со способствующей или, соответственно, благоприятствующей турбулентному воздушному потоку шероховатостью поверхности, которая в значительной степени превышает шероховатость поверхности, свойственную обычно литым деталям. На фиг.6 это показано только схематично и для примера зубчатым профилем 22.

Все эти описанные выше мероприятия способствуют тому, чтобы в кольцевой зазор 2 поступало большое количество воздуха, там происходил переход тепла от фрикционных колец 3, 4 к турбулентному воздушному потоку и затем нагретый таким образом воздушный поток снова быстро выходил через выпускающую воздух область 8, так что такой предлагаемый изобретением вентилируемый тормозной диск 1 даже у больших и тяжелых транспортных средств может изготавливаться небольшим и поэтому с оптимальным весом.

В отношении описанных выше предлагаемых изобретением мероприятий не существенно, выполнен ли тормозной диск 1 чашеобразно, в виде композитного тормозного диска, плоского тормозного диска или тормозного диска, состоящего из нескольких составных частей, или, соответственно, из какого материала изготовлен тормозной диск. С их помощью может быть уменьшен вес вентилируемых тормозных дисков при сохраняющейся наружной геометрии и идентичных требованиях к сроку службы, причем описанные выше мероприятия по отдельности или в комбинации друг с другом улучшают отвод тепла через кольцевой зазор 2 путем создания высокоэнергетичного турбулентного потока, увеличения количества воздуха воздушного потока или путем увеличения поверхности кольцевого зазора 2.

Изобретение относится к области транспорта, в частности к вентилируемым тормозным дискам для транспортных средств, в частности для транспортных средств промышленного назначения. Вентилируемый тормозной диск содержит два находящихся на расстоянии друг от друга для образования кольцевого зазора с заданной шириной зазора фрикционных кольца. Фрикционные кольца соединены друг с другом множеством расположенных в кольцевом зазоре соединительных перемычек. В области кольцевого зазора предусмотрен создающий в кольцевом зазоре турбулентный поток и/или влияющий на расход воздуха в кольцевом зазоре и/или на скорость течения воздушного потока в области кольцевого зазора элемент для направления потока. Фрикционные кольца для образования радиального выступа на одном из фрикционных колец, служащего элементом для направления потока в области впускающего воздух канала на отдельных участках или в отдельных областях, выполнены с различными внутренними диаметрами. Имеющее меньший внутренний диаметр и тем самым образующее радиальный выступ фрикционное кольцо снабжено и/или выполнено с подобной лопасти геометрией. Ряд завихрителей, образованный несколькими находящимися на расстоянии друг от друга в окружном направлении завихрителями, примыкает непосредственно к подобной лопасти геометрии. Достигается повышение эффективности охлаждения тормозного диска. 29 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Вентилируемый тормозной диск для транспортных средств, содержащий два находящихся на расстоянии друг от друга для образования кольцевого зазора (2) с заданной шириной зазора фрикционных кольца (3, 4), причем фрикционные кольца (3, 4) соединены друг с другом множеством расположенных в кольцевом зазоре (2) соединительных перемычек, причем в области кольцевого зазора (2) предусмотрен, по меньшей мере, один создающий в кольцевом зазоре (2) турбулентный поток и/или, по меньшей мере, один влияющий на расход воздуха в кольцевом зазоре (2) и/или на скорость течения воздушного потока (10) в области кольцевого зазора (2) элемент (9; 13; 14; 16; 20; 21; 22) для направления потока, отличающийся тем, что фрикционные кольца (3, 4) для образования радиального выступа (9) на одном из фрикционных колец (3, 4), служащего элементом для направления потока в области впускающего воздух канала (7), по меньшей мере, на отдельных участках или в отдельных областях, выполнены с различными внутренними диаметрами, причем имеющее меньший внутренний диаметр и тем самым образующее радиальный выступ (9) фрикционное кольцо (4) снабжено и/или выполнено с подобной лопасти геометрией (14), причем, по меньшей мере, один ряд (12, 15) завихрителей, образованный несколькими находящимися на расстоянии друг от друга в окружном направлении завихрителями (13), примыкает непосредственно к подобной лопасти геометрии (14).

2. Тормозной диск по п.1, отличающийся тем, что в области кольцевого зазора (2) выполнено множество выпуклых в виде шишечек и/или углубленных в виде лунок завихрителей (13) в качестве элемента для направления потока на, по меньшей мере, одном из фрикционных колец (3, 4).

3. Тормозной диск по п.2, отличающийся тем, что завихрители (13) находятся на расстоянии друг от друга и/или от соединительных перемычек (16), и/или от соответствующего соседнего фрикционного кольца (3, 4).

4. Тормозной диск по п.2 или 3, отличающийся тем, что завихрители (13) выполнены в виде точечных шишечек фрикционного кольца и/или углублений фрикционного кольца.

5. Тормозной диск по п.2 или 3, отличающийся тем, что тормозной диск (1) имеет радиально внутреннюю впускающую воздух область (7), а также радиально наружную выпускающую воздух область (8), причем завихрители (13) расположены, по меньшей мере, в радиально внутренней впускающей воздух области (7) кольцевого зазора (2) и там проходят, по меньшей мере, в отдельных областях или, по меньшей мере, на отдельных участках по периметру соответствующего фрикционного кольца (3, 4).

6. Тормозной диск по п.2 или 3, отличающийся тем, что завихрители (13) расположены в ряд (15) или в несколько рядов (11, 12), находящихся в радиальном направлении на расстоянии друг от друга, предпочтительным образом образуя регулярный рисунок, и/или на соответствующем одинаковом расстоянии друг от друга, по меньшей мере, в отдельных областях или, по меньшей мере, на отдельных участках по периметру соответствующего фрикционного кольца (3, 4).

7. Тормозной диск по п.6, отличающийся тем, что высота и/или глубина завихрителей (13) всегда одинакова или различна в заданных областях.

8. Тормозной диск по п.7, отличающийся тем, что в случае нескольких находящихся на расстоянии друг от друга в радиальном направлении рядов (11, 12) высота и/или глубина завихрителей (13) для, по меньшей мере, одной части различных рядов выполнена различной.

9. Тормозной диск по п.2 или 3, отличающийся тем, что при расположении завихрителей (13) в обращенных друг к другу областях стенок обоих фрикционных колец (3, 4), в расположенных в окружном направлении напротив друг друга областях фрикционных дисков, если смотреть в радиальном направлении, завихрители расположены, по меньшей мере, частично или в отдельных областях на одинаковой высоте или, по меньшей мере, частично или в отдельных областях со смещением относительно друг друга.

10. Тормозной диск по п.8, отличающийся тем, что в случае нескольких рядов (11, 13) соседние в радиальном направлении ряды (11, 12) завихрителей, по меньшей мере, частично смещены в окружном направлении относительно друг друга, предпочтительным образом, так смещены относительно друг друга в отношении отдельных завихрителей (13), что завихритель (13) одного ряда (11, 12) завихрителей, если смотреть в окружном направлении, находится между двумя завихрителями (13) соответствующего соседнего ряда (11, 12) завихрителей, предпочтительным образом посередине между двумя завихрителями (13) соответствующего соседнего ряда (11, 12) завихрителей.

11. Тормозной диск по п.8, отличающийся тем, что завихрители (13) выполнены с создающим завихрения контуром, в частности с контуром, имеющим кромку отрыва потока.

12. Тормозной диск по п.8, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один элемент для направления потока образован по существу точечными и находящимися на расстоянии друг от друга соединительными перемычками (16).

13. Тормозной диск по п.12, отличающийся тем, что точечные соединительные перемычки (16) образуют в кольцевом зазоре (2) множество смещенных относительно друг друга в радиальном направлении и/или в окружном направлении тормозного диска соединительных областей (17, 18, 19).

14. Тормозной диск по п.13, отличающийся тем, что соединительные перемычки (16), по меньшей мере, одного из рядов (17, 18, 19) соединительных перемычек находятся, по меньшей мере, в отдельных областях на одинаковом расстоянии друг от друга.

15. Тормозной диск по п.13, отличающийся тем, что соседние в радиальном направлении ряды (17, 18, 19) соединительных перемычек, по меньшей мере, частично, если смотреть в окружном направлении, смещены относительно друг друга, в частности, в отношении отдельных соединительных перемычек (16) так смещены относительно друг друга, что соединительная перемычка (16) одного ряда (17, 18, 19) соединительных перемычек, если смотреть в окружном направлении, находится между двумя соединительными перемычками (16) соответствующего соседнего ряда (17, 18, 19) соединительных перемычек, предпочтительно посередине между двумя соединительными перемычками (16) соответствующего смежного ряда (17, 18, 19) соединительных перемычек.

16. Тормозной диск по п.10, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один ряд (11, 12) завихрителей расположен на одном или на обоих фрикционных кольцах (3, 4) в области радиально внутренней впускающей воздух области (7), к которой, если смотреть в радиальном направлении, примыкают ряды (17, 18, 19) соединительных перемычек таким образом, что граничащий, если смотреть в радиальном направлении, непосредственно с первым рядом (19) соединительных перемычек ряд (11) завихрителей смещен относительно него в окружном направлении, в частности, смещен относительно него так, что соответствующая область допусков фрикционного кольца лежит в области между двумя находящимися на расстоянии друг от друга в окружном направлении соединительными перемычками (16) первого ряда (19) соединительных перемычек, предпочтительно посередине между ними.

17. Тормозной диск по п.16, отличающийся тем, что завихрители (13) выполнены с меньшей площадью поперечного сечения, чем соединительные перемычки (16), составляющей, в частности, примерно от одной трети до половины от площади поперечного сечения соединительных перемычек (16).

18. Тормозной диск по п.1, отличающийся тем, что поверхность областей стенок кольцевого зазора (2) для образования элемента для направления потока, по меньшей мере, в отдельных областях выполнена с создающей и/или благоприятствующей турбулентному воздушному потоку шероховатостью поверхности, в частности, шероховатостью, превышающей Rz35 no DIN 4766.

19. Тормозной диск по п.1, отличающийся тем, что внутреннее в смонтированном состоянии тормозного диска (1) фрикционное кольцо (3), по меньшей мере, в отдельных областях имеет больший внутренний диаметр, чем наружное фрикционное кольцо (4).

20. Тормозной диск по п.1, отличающийся тем, что подобная лопасти геометрия (14) выполняется за счет, по меньшей мере, одной выемки, в частности за счет, по меньшей мере, одной выемки вогнутой формы на радиальном выступе.

21. Тормозной диск по п.1, отличающийся тем, что подобная лопасти геометрия (14) в комбинации с проходящим по периметру окружным радиальным выступом (9) также выполнена, по меньшей мере, на отдельных участках окружной проходящей по периметру или в окружном направлении.

22. Тормозной диск по п.1, отличающийся тем, что образованная вогнутой выемкой подобная лопасти геометрия (14) непосредственно и плавно переходит в примыкающие завихрители (13), так что эти завихрители (13) образуют составную часть подобной лопасти геометрии (14) радиального выступа (9).

23. Тормозной диск по п.1, отличающийся тем, что подобная лопасти геометрия (14) выполнена на фрикционном кольце (3, 4) в области радиального выступа (9), которая выполнена с усиленной прочностью материала и/или с большей толщиной по сравнению с толщиной стенки этого фрикционного кольца (3, 4).

24. Тормозной диск по п.23, отличающийся тем, что усиленная область стенки образована примыкающей на противоположной стороне к подобной лопасти геометрии (14) цилиндрической частью (5) наружного фрикционного кольца (4).

25. Тормозной диск по п.1, отличающийся тем, что обе обращенные друг к другу внутренние стороны фрикционного кольца, если смотреть в поперечном сечении и в зависимости от расположенных или выполненных в кольцевом зазоре (2) соединительных перемычек и/или других соответственно расположенных или выполненных там элементов для направления потока, образуют каждая одну из внутренних плоскостей (20, 21) фрикционных колец, которые для образования кольцевого зазора (2) находятся на расстоянии заданной величины зазора друг от друга, и что обе внутренние плоскости (20, 21) фрикционного кольца для образования элемента для направления потока в предварительно заданных областях проходят непараллельно друг другу.

26. Тормозной диск по п.25, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна из обеих внутренних плоскостей (20, 21) фрикционных колец в предварительно заданных областях имеет вогнутую или выпуклую кривизну.

27. Тормозной диск по п.25, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна из обеих внутренних плоскостей (20, 21) фрикционных колец в предварительно заданных областях искривлена или наклонена таким образом, что обе внутренние плоскости (20, 21) фрикционных колец в кольцевом зазоре находятся на различных расстояниях величины зазора друг от друга, в частности, выполнены конусообразно сходящимися.

28. Тормозной диск по п.1, отличающийся тем, что толщина стенки фрикционных колец (3, 4) выполнена различной, в частности, выполнена различной таким образом, что кольцевой зазор (2), если смотреть в поперечном сечении через оба фрикционных кольца (3, 4), расположен не в центре.

29. Тормозной диск по п.28, отличающийся тем, что толщина стенки соединенного с цилиндрической частью (5) наружного фрикционного кольца (4) меньше, чем толщина стенки внутреннего фрикционного кольца (3).

30. Тормозной диск по п.29, отличающийся тем, что толщина стенки уменьшена таким образом, что разность масс наружного и внутреннего фрикционного кольца (3, 4) в необходимой степени уравновешена, в частности, примерно уравновешена.