DE3115740A1

DE3115740A1 - Brake disc which can be cooled according to the principle of the heat exchanger tube

Info

Publication number: DE3115740A1
Application number: DE19813115740
Authority: DE
Inventors: Friedrich 7053 Kernen Bährle; Helmut 7302 Ostfildern Wulf
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1981-04-18
Filing date: 1981-04-18
Publication date: 1982-11-04
Also published as: DE3115740C2

Abstract

The invention relates to a brake disc (1) which can be cooled according to the principle of the heat exchanger tube, contains a heat exchanger tube system (6) integrated within the brake disc (1) and is formed as a composite structure made of sheet metal components and grey cast iron. Since grey cast iron is not sufficiently stable under vacuum conditions and not sufficiently resistant to liquid alkali metals which are suitable here as a heat transfer medium, the heat exchanger tube system (6) is surrounded on all sides and completely only by sheet-metal components or steel components (10, 11, 16). In the region of the braking surfaces (17), two annular layers (18) which lie axially opposite each other and are composed of grey cast iron are attached to the sheet-metal components (10, 11) such that they conduct heat, it being possible for this to take place by hard soldering or by metal spraying. Brake discs of this type are suitable above all for highly loaded and/or aerodynamically encapsulated vehicle brakes. <IMAGE>

Description

Nach dem Prinzip des Wärmerohres kühlbare BremsscheibeBrake disc that can be cooled according to the principle of the heat pipe

Die Erfindung betrifft-eine nach dem Prinzip des Wärmerohres kühlbare Bremsscheibe, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 29 50 057 oder die DE-OS 22 14 995 als bekannt hervorgeht.The invention relates to one that can be cooled according to the principle of the heat pipe Brake disc, as for example from DE-OS 29 50 057 or DE-OS 22 14 995 appears to be known.

Wärmerohre sind ansich bekannt. Hierunter soll ein evakuierter oder im wesentlichen mit einem In~grtgas gefüllter hermetisch dicht verschlossener aus gut wärmeleitendem Material umschlossener Hohlraum verstanden sein, der mit einem verdampfbaren und kondensierbaren Wärmeträgermedium zu einem Bruchteil gefüllt ist. Meist ist das Wärmerohr im Inneren teilweise mit einer Kapillarstruktur zum Rücktransport des kondensierten Wärmeträgermediums von der wärmeabgebenden zur. wärmeaufnehmenden Stelle versehen;.dieses kann z. B.Heat pipes are known per se. Among them should be an evacuated or hermetically sealed, essentially filled with an inert gas be understood well thermally conductive material enclosed cavity with a vaporizable and condensable heat transfer medium is filled to a fraction. Most of the time, the inside of the heat pipe is partially with a capillary structure for return transport of the condensed heat transfer medium from the heat emitting to the. heat-absorbing Place; .this can e.g. B.

in Form einer Auskleidung des Hohlraumes mit einem Siebgewebe oder durch eine Rillenstruktur der Innenoberfläche geschehen. Die Auswahl des Wärmeträgermediums richtet sich nach dem Temperaturniveau, bei dem Wärme übertragen werden soll. Als Füllung für die Wärmerohre sind für die vorliegenden Zwecke beispielsweise Natrium oder Kalium oder ein anderes ähnliches Metall bzw. eine Legierung aus ihnen mit ähnlichen Eigenschaften vorgesehen. An der heißen Stelle des Wärmerohres, an der die Wärmeenergie zugeführt wird, verdampft das eingegebene Medium und breitet sich rasch im Inneren des Wärmerohres aus. An wärmeabgebenden Stellen des Wärmerohres schlägt sich das verdampfte Medium nieder und kondensiert unter Abgabe seiner Wärme an die Wandung des Wärmerohres. Bei normalen Wärmerohren kriecht das Kondensat durch Kapillarwirkung zu den Wärmezufuhrstellen zurück; bei der vorliegenden Anwendung wird für den Rücktransport des Kondensates die Fliegkraft der-rotierenden Bremsscheibe ausgenutzt, weshalb der kondensierende wärmeabgebende Teil der Wärmerohre auf einem kleineren Durchmesser angeordnet ist als der wärmeaufnehmende Teil. Die an der Kondensatseite vom Medium an die Wandung des Wärmerohres abgegebene Wärmemenge wird auf der Außenseite durch Strahlung, Konvektion oder durch Wärmeleitung abgeführt. Da an den wärmeaufnehmenden bzw. wärmeabgebenden Stellen des Wärmerohres eine Zustandsänderung des Wärmeträgermediums stattfindet, wird im wesentlichen die für die Zustandsänderung erforderliche Umwandlungsenergie in Wärmeform übertragen. Da die Umwandlungsenergien, bezogen auf die Masse des Wärmeträgermediums wesentlich größer sind als die durch Aufheizung eines Mediums speicherbaren Energiemengen, kann durch den Transport relativ kleiner Mengen an Wärmeträgermedium eine große Wärmemenge auch über größere Entfernungen hinweg und bei relativ kleinem Temperaturgefälle übertragen werden.in the form of a lining of the cavity with a mesh or done by a groove structure on the inner surface. The selection of the heat transfer medium depends on the temperature level at which heat is to be transferred. as Filling for the heat pipes for the present purposes is, for example, sodium or potassium or another similar metal or alloy of them with similar properties are provided. In the hot spot of the heat pipe, at which the thermal energy is supplied, the entered medium evaporates and spreads quickly inside the heat pipe. At points of the heat pipe that give off heat the evaporated medium precipitates and condenses, releasing its heat on the wall of the heat pipe. With normal heat pipes the condensate creeps through Capillary action back to the heat supply points; in the present application the centrifugal force of the rotating brake disc is used to transport the condensate back exploited, which is why the condensing heat-emitting part of the heat pipes on a is arranged smaller diameter than the heat-absorbing part. The one on the condensate side The amount of heat given off by the medium to the wall of the heat pipe is on the outside dissipated by radiation, convection or heat conduction. Because of the heat-absorbing or heat-emitting points of the heat pipe, a change in state of the heat transfer medium takes place, the transformation energy required for the change of state is essentially transferred in heat form. Because the conversion energies, based on the mass of the heat transfer medium are significantly greater than the amount of energy that can be stored by heating a medium, can transport a large amount of heat transfer medium by transporting relatively small quantities Amount of heat even over long distances and with a relatively small temperature gradient be transmitted.

Bei den eingangs zitierten vorbekannten Scheibenbremsen sind einzelne Wandungspartien-des- das Wärme rohr system bildenden Hohlraumes durch Grauguß gebildet, der erfahrungsgemäß sehr gute, zumindest aber bewährte Reib- und Verschleißeigenschaften aufweist. Grauguß ist jedoch nicht genügend vakuumbeständig, um das für den Betrieb eines Wärmerohrsystems erforderliche Vakuum über vertretbare Zeiträume hinweg aufrecht erhalten zu können. Außerdem ist Grauguß gegenüber den hier interessanten Wärmeträgermedien nicht genügend resistent.In the case of the previously cited previously known disc brakes, there are individual Wall parts of the cavity forming the heat pipe system formed by gray cast iron, which experience has shown to be very good, but at least proven friction and wear properties having. Gray cast iron, however, is not vacuum resistant enough to do that for operation of a heat pipe system for a reasonable period of time to be able to receive. In addition, gray cast iron is opposite to the heat transfer media of interest here not sufficiently resistant.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausgestaltung der zugrunde gelegten Bremsscheibe anzugeben, die zwar einerseits die bewährten Reibeigenschaften des Graugusses zur Geltung kommen läßt, die aber andererseits vakuumbeständig und resistent gegenüber den zu verwendenden Wärmeträgermedien ist.The object of the invention is to provide an embodiment of the underlying Specify the brake disc that, on the one hand, has the proven friction properties of the Gray cast iron can come into its own, but on the other hand it is vacuum-resistant and resistant compared to the heat transfer media to be used.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Me-rkmale von Anspruch 1 gelöst. Dank der speziellen Verbundkonstruktion bleibt das gute Reib- und Gleitverhalten von Grauguß mit der durch lange Entwicklungszeit optimierten Reibpaarung zu den Bremsklötzen erhalten, und es wird eine ausreichende Vakuumdichtheit und Kondensatbeständigkeit über längere Zeiträume hinweg erzielt.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features solved by claim 1. Thanks to the special composite construction, the good friction and sliding behavior of gray cast iron with the optimized by long development time Friction pairing to the brake pads is obtained, and there is a sufficient vacuum tightness and condensate resistance achieved over long periods of time.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungspeispieles nachfolgend noch kurz erläutert; dabei,zeigen: Figur 1 einen Querschnitt durch eine Bremsscheibe nach der Erfindung innerhalb eines Fahrzeugrades Figur 2 einen teilweisen achssenkrechten Schnitt durch die Bremsscheibe nach Figur 1 entlang der Schnittlinie II-II und Figur 3 einen teilweisen abgewickelten Zylinderschnitt durch die Bremsscheibe nach Figur 1 entlang der Schnittlinie III-III.The invention is based on an exemplary embodiment shown in the drawing briefly explained below; show: FIG. 1 a cross section through a Brake disc according to the invention within a vehicle wheel Figure 2 is a partial Axially perpendicular section through the brake disc according to Figure 1 along the cutting line II-II and FIG. 3 show a partially developed cylinder section through the brake disc according to Figure 1 along the section line III-III.

Das in Figur 1 gezeigte Fahrzeugrad weist eine mit einem Radlagerzapfen 4 drehbar gelagerte Nabe 5 mit einem Nabenflansch 8 sowie eine daran festgeschraubte Radfelge 3 und eine Bremsscheibe 1 auf.The vehicle wheel shown in Figure 1 has one with a wheel bearing journal 4 rotatably mounted hub 5 with a hub flange 8 and one screwed to it Wheel rim 3 and a brake disc 1.

Ueber den Scheibenteil 14 der Bremsscheibe greift ein Bremssattel 2 hinweg; mit ihm können die Bremsklötze 7 hydraulisch auf die Bremsflächen 17 angepreßt und so Bremskräfte auf die Bremsscheibe ausgeübt werden. Zur genauen zentrischen Ausrichtung der Bremsscheibe auf der Radnabe ist diese am Außenumfang des Nabenflansches 8 mit einer Zentrierschulter 9 versehen.A brake caliper engages over the disk part 14 of the brake disk 2 away; with it, the brake pads 7 can be hydraulically pressed onto the braking surfaces 17 and so braking forces are exerted on the brake disc. For exact centric The alignment of the brake disc on the wheel hub is this on the outer circumference of the hub flange 8 provided with a centering shoulder 9.

Die Bremsscheibe ist in ihrem radial innerhalb der Bremsfläche liegenden Teil schüsselförmig ausgebildet - Schüsselteil 15.The brake disc is located radially inward of the braking surface Part bowl-shaped - bowl part 15.

An diesem Teil seinerseits ist der radial nach innen ragende Bremsscheibenflansch 16 angebracht, der die Bremsscheibe trägt und mit dem Nabenflansch 8 verschraubt ist.The brake disk flange, which projects radially inward, is in turn on this part 16 attached, which carries the brake disc and is screwed to the hub flange 8 is.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einer Bremsscheibe ist ein einheitliches Wärmerohrsystem 6 lediglich im Scheibenteil 14 und im Schüsselteil 15 der Bremsscheibe vqrgesehen, wobei der wärmeaufnehmende Teil des Wärmerohrsystems im Scheibenteil 14 und der wärmeabgebende Teil des Wärmerohrsystems im Schüsselteil 15 angeordnet ist.In the embodiment shown here, a brake disc is a uniform heat pipe system 6 only in the disc part 14 and in the bowl part 15 of the brake disc, the heat-absorbing part of the heat pipe system in the disc part 14 and the heat-emitting part of the heat pipe system in the bowl part 15 is arranged.

Der Scheiben- und der Schüsselteil der Bremsscheibe sind durch zwei topfförmige Blechbauteile 10 u. 11 gebildet, die aufgrund eines gewissen Abstandes zueinander einen Hohlraum einschließen und die am Außenumfang durch eine umlaufende Ringnaht hermetisch dicht miteinander verbunden sind und die mit ihren beiden axial verlaufenden Teilen dichtend in eine umlaufende Nut des Bremsscheibenflansches eingelötet sind. Der Bremsscheibenflansch besteht aus Stahl oder aus einem sonstigen gegenüber flüssigem Natrium oder flüssigem Kalium resistenten Werkstoff. Zur Abstützung der auf die Bremsscheibe innerhalb des Scheibenteiles einwirkenden Zangenkräfte ist zwischen die beiden Blechbauteile 10 u. 11 ein Abstützring 12 eingelötet, der eine große Anzahl von radial und axial verlaufenden Stützstegen 20 bildet. Der Abstützring muß vor dem Einlöten zwischen die beiden Blechbauteile sauber konzentrisch ausgerichtet werden, damit sich keine unzulässigen Unwuchten an der Bremsscheibe ergeben. Die durch den Abstützring gebildeten radialen Kanäle kommunizieren frei an ihrem radial äußeren und radial inneren Ende, so daß sowohl in Radial- als auch in Umfangsrichtung ein freier Temperaturausgleich innerhalb der Bremsscheibe möglich ist.The disc and the bowl part of the brake disc are through two Cup-shaped sheet metal components 10 and 11 formed, which due to a certain distance to each other enclose a cavity and the one on the outer circumference by a circumferential Ring seam are hermetically sealed with each other and with both of them axially running parts sealingly soldered into a circumferential groove of the brake disc flange are. The brake disk flange is made of steel or some other opposite liquid sodium or liquid potassium resistant material. To support the on the brake disc within the disc part is force of pliers between the two sheet metal components 10 and 11 a support ring 12 is soldered, the one forms a large number of radially and axially extending support webs 20. The support ring must be neatly and concentrically aligned between the two sheet metal components before soldering so that there are no impermissible imbalances on the brake disc. the Radial channels formed by the support ring communicate freely at their radially outer and radially inner end, so that in both the radial and circumferential directions a free temperature equalization within the brake disc is possible.

Uber einen am Bremsscheibenflansch 16 angebrachten Einfüllstutzen 19 kann das Wärmerohrsystem 6 evakuiert und die erforderliche Menge an Wärmeträgermedium eingefüllt werden. Anschließend wird der Stutzen hermetisch dicht verschlossen.Via a filler neck attached to the brake disk flange 16 19, the heat pipe system 6 can be evacuated and the required amount of heat transfer medium be filled. The nozzle is then hermetically sealed.

Die Bremsscheibe trägt innerhalb ihres Scheibenteiles axial gegenüberliegend zwei dünne scheibenförmige Graugußringe 18, die die Bremsflächen 17 bilden. Dank der Verbundkonstruktion haben diese Graugußringe keine unmittelbare Berührung mit dem Hohlraum des Wärmerohrsystems. Die Graugußringe können durch Hartlöten oder durch Aufspritzen auf die Blechbauteile 10 u. 11 aufgebracht sein, wodurch-sich eine gute Wärmeleitung zwischen beiden Metallteilen ergibt. Das Hartlöten ist eine bei Grauguß bewährte und fertigungsgünstige Fügetechnik, die zudem große Wärmeübergangsquerschnitte ermöglicht.The brake disc carries axially opposite one another within its disc part two thin, disc-shaped gray cast iron rings 18 which form the braking surfaces 17. thanks to of the composite construction, these gray cast iron rings have no direct contact with the cavity of the heat pipe system. The gray cast iron rings can be brazed or be applied by spraying onto the sheet metal components 10 and 11, whereby results in good heat conduction between the two metal parts. Brazing is one With gray cast iron, the joining technology is proven and cost-effective to manufacture, which also has large heat transfer cross-sections enables.

LeefseiteLeef side

Claims

Claims C Brake disc coolable according to the principle of the heat pipe, which contains a raw heat system integrated within the brake disc, whose heat-absorbing Part in the radial area of the braking surface and its heat-emitting part in one is arranged radially within it lying part of the brake disc and the partly from sheet metal components and at least in the area of the braking surfaces from gray cast iron exists that the heat pipe system (6) is on all sides and is completely enclosed only by sheet metal or steel parts (10, 11, 16) and that in the area of the braking surfaces (17) - axially opposite one another - two annular ones Layers (18) made of gray cast iron are attached to the sheet metal components (10, 11) in a thermally conductive manner.

2. Brake disc according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the ring-shaped gray cast iron layers (18) are hard soldered.

3. Brake disc according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the gray cast iron layers (18) are applied by metal spraying.